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Introduccion a so

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  1. 1. Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Sistemas Operativos Descripción del Curso Prof. Dr. Raúl Monge 1er Semestre del 2007 1 2 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Antecedentes Generales Objetivos Asignatura: Sistemas Operativos • Al final del curso el alumno deberá entender y Profesor: Raúl Monge (rmonge@inf.utfsm.cl) Horario: Cátedra: Lunes 8:30-10:00, 10:15-11:45 poder explicar los conceptos básicos relacionados Ayudantía: Hernán Rodríguez con el diseño e implantación de sistemas (hernan.f.rodriguez@gmail.com) operativos. • Habilitar al alumno para que pueda explotar en forma más eficiente los recursos de un sistema computacional. Raúl Monge 2007 3 Raúl Monge 2007 4 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Contenido Sistema de Evaluación • Introducción • 2 certámenes (NC): 67% – Certamen recuperativo • Estructuras de Hardware y Software en Sistemas • Cubre toda la materia Computacionales • derecho sólo si se justifica inasistencia. • Gestión del Procesador y Procesos • Tareas de ayudantía (NT): 33% – Control de Lectura + Laboratorios • Procesos Concurrente • Gestión de la Memoria OBSERVACIONES: • Sistema de Archivos y sistema de E/S – Nota mínima de 3,0 en NC para considerar NT. – Prueba especial para promedios de 3,5 a 3,9, sobre toda • Seguridad y protecciones la materia Raúl Monge 2007 5 Raúl Monge 2007 6 1
  2. 2. Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Calendario de Evaluación Bibliografía • Certamen #1 Lunes 7 de Mayo del 2007 • A. Silberschatz, P. Galvin, “Operating • Certamen #2 Lunes 25 de Junio del 2007 System Concepts”, 5th. Edition, Addison- Wesley, 1999. • Certamen recuperativo: • A. Tanenbaum, “Modern Operating Viernes 29 de Junio del 2007 Systems”, Prentice-Hall, 1992. 12:00 horas • Prueba especial – Por definirse centralmente Raúl Monge 2007 7 Raúl Monge 2007 8 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso 1.1 Definición de Sistema Capítulo I: Operativo Introducción a los Sistemas Operativos 9 10 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Funciones Básicas de un Sistema Computacional Sistema Computacional • Gestión de Información (almacenamiento, referencias, recuperación, comunicación) • Desarrollo de Software (programación y RED DE depuración de programas) COMUNICACIONES • Ejecución de programas (Aplicaciones) Raúl Monge 2007 11 Raúl Monge 2007 12 2
  3. 3. Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Visión Abstracta de un ¿Qué es un Sistema Operativo? Sistema Computacional • Un Sistema Operativo es un programa que actúa de intermediario entre el usuario y el hardware del Usuarios computador. • El propósito de un sistema operativo es proveer un ambiente en el cual el usuario pueda ejecutar programas. Programas de Aplicación Herramientas y • La meta principal del Sistema Operativo es hacer del Servicios Software del Sistema sistema computacional algo conveniente de usar. Sistema Operativo • Una meta secundaria es usar el hardware de una manera Hardware eficiente Raúl Monge 2007 13 Raúl Monge 2007 14 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Visión #1 sobre el SO: Visión #2 sobre el SO: Una Máquina Virtual Un Asignador de Recursos • Interfaz usuaria (Compartidos) • Comandos y Sistema de ventanas (Lenguaje de Comunicación) • Recursos virtuales • Recursos físicos: Procesadores, memoria • Memoria virtual, Archivos, Páginas WWW, etc. • Conexiones de comunicación (principal, secundaria, etc.), manejo de • Control de Ejecución dispositivos de E/S. • Secuencial, paralelo, composición de programas, etc. • Compartición e intercambio de • Servicios Varios información entre usuarios • Depuración, manejo de fallas, medición del tiempo, etc. Raúl Monge 2007 15 Raúl Monge 2007 16 Departamento de Computación Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Departamento de Computación Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Visión #3 sobre el SO: Un Programa de Control • Planificación del uso recursos. Ejecución de programas (planificación de procesos y 1.2 Evolución Histórica de los asignación del procesador) Sistemas Operativos • Manejo de errores (detección y recuperación) • Protección. Evitar uso inapropiado de la máquina • Auditoría 18 Raúl Monge 2007 17 3
  4. 4. Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso 1.2.1. Primeros Sistemas 1.2.2 Sistemas de Procesamiento Primera Generación: Tubos (1945-1955) en Lotes (Batch) Segunda Generación: Transistor y Sistemas en lotes • Característica: • Modelo de Tienda Abierta: (1955-1965) • Grupo de personas diseña, • Surge como necesidad de compartir • Más fiable y reducción de tamaño construye, programa, opera y recursos • Altos costos de los computadores (sólo unos mantiene el sistema • Reserva de bloques de tiempo pocos pueden disponer de este tipo de recurso) • Programación en lenguaje de • Carga de programas (manual, cinta máquina o bajo nivel perforada y tarjetas) • No existe sistema operativo • Objetivo: • Conclusión: • Aplicaciones son Automatizar el proceso de manera de reducir el • Contacto directo con la máquina principalmente de cálculo tiempo de instalación de un nuevo programa, numérico • Recursos usados inapropiadamente • Existe necesidad de automatizar los aumentando la utilización del computador procesos Raúl Monge 2007 19 Raúl Monge 2007 20 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Procesamiento en Lotes (Batch) Sistemas de Monitor Residente • Tecnología: Estrategia de solución: Monitor: Operador •Carga • Monitor residente Usuarios • Especialización del •Secuenciación • Cargadores •Intérprete de (operadores, progra- madores, personal de Tarjetas de Control • Lenguaje de control de trabajos mantención, etc.) • Problemas: • Agrupar trabajos en • Se debe proteger el Monitor grupos afines (Lote) Aréa de • Lectura de tarjetas por error • Secuenciación Programa del Usuario • Solución: automática de trabajos Sistema Computacional • Protección de memoria Mesón • Modo monitor/usuario Raúl Monge 2007 21 Raúl Monge 2007 22 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Problema de Diferencia de Velocidad Avances Tecnológicos entre Procesador (CPU) y E/S $END Tarjetas de Control Datos • Hecho: Procesador realiza operaciones en el orden $RUN de los µ o nseg., en cambio dispositivos de E/S en $LOAD el orden los mseg. (relación 1:103 o más) Programa $FORTRAN Facilidades de desarrollo • Consecuencia: Procesador pasa gran parte del $JOB de programación: tiempo ocioso. • Solución: Traslape de operaciones de CPU y E/S Precursores de: • Ensambladores • Carga de programas y lectura de datos de entrada • Lenguajes de Control de Trabajos (JCL) • Bibliotecas y enlazadores • Interpretadores de Órdenes • Rutinas de E/S (Drivers) • Ejecución del programa • Archivos batch (e.g. *.bat en • Compiladores (Fortran y • Salida de resultados DOS y Script en Unix) Raúl Monge 2007 Cobol) 23 Raúl Monge 2007 24 4
  5. 5. Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Una solución: “Spooling” Modelo de un Sistema de Spooling (Simultaneous Peripherical Operating On-Line) Disco E Proc. S Buffer de Buffer de Entrada Salida • Lectura directa de tarjetas a disco (acceso directo) • Escritura directa desde disco a impresora • Tres procesos concurrentes que permiten traslapar operaciones (CPU mejora su utilización) • Procesamiento puede ser continuo (menor intervención manual) E P S • Trabajos esperan en línea a ser procesados, lo que permitiría Lectora de Impresora seleccionar cualquiera de ellos. Computador Central Tarjetas Raúl Monge 2007 25 Raúl Monge 2007 26 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Características de los Primeros 1.2.3 Sistemas de Multiprogramación Sistemas de Procesamiento en Lote Tercera Generación (1965-1980) • Circuitos Integrados y multiprogramación • Se introduce el concepto de procesos cooperativos en una misma máquina • Comienzos del 60’ • Computadores científicos (palabras), IBM 7094 • El usuario está desconectado del sistema • Computadores comerciales (caracteres), IBM 1401 • Se requieren computadores con diferentes capacidades • En caso de errores y depuración de • Computadores de Propósitos Generales programas, el proceso de desarrollo es muy • Se crean familias de computadores (e.g. IBM 360) lento. • Serie de máquinas con compatibilidad de Software • Se diferencian en precio y desempeño (Series posteriores: 370, 4300, 3080 y 3090) Raúl Monge 2007 27 Raúl Monge 2007 28 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Concepto de Multiprogramación Multiplexión del Procesador Cambio de • Existen varios programas activos en ejecución contexto • El espacio de memoria del usuario debe compartirse entre P1 P2 P3 P1 P2 estos programas • También debe compartirse el procesador (multiplexión en el tiempo) • Cuando un trabajo requiere E/S, puede liberar • Mientras un proceso realiza E/S, otro proceso puede usar el temporalmente el procesador procesador • Se asigna el procesador durante una ranura de tiempo, – Se requieren canales de E/S que realicen operaciones en forma evitando que un trabajo se adueñe del procesador autónoma al procesador (DMA, ciclo robado) • Se requiere de un reloj para controlar la ranura de tiempo – Se aumenta utilización de los recursos de hardware Raúl Monge 2007 29 Raúl Monge 2007 30 5
  6. 6. Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Partición de la Memoria Canales de E/S • Para conmutar rápida- Computador Sistema Operativo mente, programas activos, Memoria Programa 1 éstos deben estar cargados en memoria principal Procesador Programa 2 • Se requiere de mecanismos Canal de de protección (evitar E/S Programa 3 interfencias mutuas) Libre ¡Procesador puede trabajar en paralelo al canal de E/S! Raúl Monge 2007 31 Raúl Monge 2007 32 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso a) Sistemas en Lotes Grado de Utilización del Procesador Multiprogramados Si: • Disponibilidad de memoria principal determina si se puede pE/S: Probabilidad de que un proceso entre en E/S cargar un nuevo trabajo (Planificación de trabajos) • Si existen varios trabajos listos para ejecutarse, el sistema n : número de procesos multiprogramados elige cuál usa a continuación la CPU (Planificación de la CPU) Entonces se tiene: • Este tipo de sistema es la primera instancia donde el S.O. toma decisiones por el usuario. 1 - pE/S : Utilización del procesador con un solo proceso • Compartición de los recursos del sistema entre varios trabajos requiere de mecanismos de protección 1 - (pE/S )n : Utilización del procesador con n procesos Raúl Monge 2007 33 Raúl Monge 2007 34 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Modelo de Sistema de Procesamiento b) Sistema de Tiempo Compartido en Lotes Multiprogramado • Variación de multiprogramación • Permite a múltiples usuarios compartir un fin computador simultáneamente (Interactivo) E CPU • E/S se realiza principalmente en un terminal E/S • Lenguajes e interpretadores de Órdenes (desde el E/S terminal) S • Editores y depuradores interactivos Área de Spool Procesos Multiprogramados • Sistema de archivos y directorio facilita el uso de dispositivos de almacenamiento masivo (disco), compartición de información y envío de mensajes Raúl Monge 2007 35 Raúl Monge 2007 36 6
  7. 7. Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Arquitectura de HW de un STC Modelo del STC Computador E/S al Central terminal CPU fin timeout E/S a otros dispositivos E/S Raúl Monge 2007 37 Raúl Monge 2007 38 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Características de los STC Ejemplos de STC • A diferencia de sistemas en lotes, usuario interactúa • Mainframes directamente con la máquina – TSO (Time-Sharing Option) para máquinas IBM • Para lograr interactividad, procesos usan un corto tiempo la – Multics (1965-1970, MIT, GE-645) CPU (sino realiza E/S o termina, hay timeout), obteniendo buenos tiempos de respuesta. • Minicomputadores • Cada usuario tiene la sensación de tener su propio – PDP-1 de Digital evoluciona a PDP-11 (aplicaciones de computador tiempo real) • Muchos sistemas proveen simultáneamente servicio – UNIX (1970 - ) interactivo y batch • Desarrollo del teleprocesamiento (terminales y periféricos remotos) Raúl Monge 2007 39 Raúl Monge 2007 40 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso 2.2.4 Sistemas de Computación a) Computadores Personales Personal Cuarta Generación (1980-1990) • Características: • Integración a gran escala (LSI y VLSI) • Reducción de costos de hardware hace posible computadores de un • Microprocesador solo usuario (PC) • Interfaces gráficas • Conexión a redes de computadores • Microcomputadores y microprocesadores • Enfasis en facilitar el uso del computador y mejorar los tiempos de • Desarrollo de la computación personal y respuestas (interactividad) • Interfaces usuarias más amigables (sistemas de ventanas y ratón) estaciones de trabajo • Ejemplos: • Desarrollo de Interfaces gráficas y redes de área • CP/M, MS-DOS (Monousuario, monoprogramación, sin local protecciones) • Macintosh, OS/2 y Windows (Multitasking, memoria virtual) • TCP/IP e Internet Raúl Monge 2007 41 Raúl Monge 2007 42 7
  8. 8. Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso b) Estaciones de Trabajo 1.2.5 Otros Desarrollos • Características: • Sistemas Paralelos • Desarrollo de Redes de Área Local (Ethernet y Token-Ring) • Sistemas de Ventanas (X-Window, MIT, 1985) • Sistemas Distribuidos • TCP/IP se integra a Unix • Sistemas de Tiempo Real • Computación Cliente/Servidor (Sun) • Estaciones sin disco • Observaciones: • Se desarrollan Sistemas Operativos de Red • Servicios de comunicación forman parte del S.O. • Convergencia de Computadores Personales y Estaciones de trabajo (e.g. Linux, Windows NT) Raúl Monge 2007 43 Raúl Monge 2007 44 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Ejemplo de un a) Sistemas Paralelos Sistema de Multiprocesamiento con Memoria Compartida • Sistemas fuertemente acoplados con varios Memoria procesadores (multiprocesamiento) Cache CPU1 CPU2 CPU3 CPU4 • Se comparten recursos como reloj, bus y dispositivos (más económicos) • Aumento de desempeño y fiabilidad • Sistemas Asimétricos (e.g. SunOS) y Sistema Simétricos (e.g. Solaris) Memoria de E/S Raúl Monge 2007 45 Raúl Monge 2007 46 Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Modelo de Multiprocesamiento b) Sistemas Distribuidos timeout • Sistemas débilmente acoplados CPU1 • Atractivo: CPU2 • Compartición de recursos fin • Aumento del desempeño y fiabilidad CPU3 • Mejora la comunicación (remota) E/S CPU4 • Servicios distribuidos (Archivos, procesamiento, base de datos, E/S comunicaciones, etc.) Raúl Monge 2007 47 Raúl Monge 2007 48 8
  9. 9. Departamento de Computación Departamento de Computación Sistemas Operativos Sistemas Operativos Universidad de Valparaíso Universidad de Valparaíso Ejemplo de Sistema Distribuido c) Sistemas de Tiempo Real • Sistemas de propósitos especiales Conexión a otros • Existe un requerimiento fuerte de tiempo Sistemas sobre las operaciones y el flujo de los datos RED DE • Se usa para el control de procesos en COMUNICACIONES aplicaciones dedicadas • Existen dos tipos de sistemas: duros y blandos Raúl Monge 2007 49 Raúl Monge 2007 50 9

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