Sistemas Operativos

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Sistemas Operativos

• Componentes
• Ejecutivo de Tiempo Real

• Dr. Pedro Mejía Alvarez
• CINVESTAV-IPN, Seccion de Computación, Mexico

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Estructuras del Sistema Operativo

• Componentes del sistema
• Servicios del sistema operativo
• Llamadas al sistema
• Programas del sistema
• Estructura del sistema
• Maquinas virtuales
• Diseño del sistema e implementación

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Componentes del sistema

• Administración de procesos
• Administración de memoria principal
• Administración de memoria secondaria
• Administración de disposisitivos de E/S
• Administración de archivos
• Sistema de protección
• Redes
• Sistema de interprete de comandos

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Administración de procesos

• Un proceso es un programa en ejecución. Un
  proceso necesita ciertos recursos, incluyendo
  tiempo de CPU, memoria, archivos, y dispositivos
  de E/S, para lograr su tarea.
• El sistema operativo es reponsable de las
  siguientes actividades en la administración de
  procesos
• creación de procesos y borrado.
• suspensión de procesos y resumen.
• mecanismos de
• sincronización de procesos
• comunicación entre procesos

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Administración de Memoria Principal

• La memoria es un array de words y bytes, cada
  uno con su dirección propia. Es un repositorio de
  datos de rápido acceso compartido por el CPU y
  los dispositivos de E/S
• La memoria principal es un dispositivo de
  almacenamiento volatil. Pierde su contenido en
  caso de interrupción del sistema y falla.
• El sistema operativo es responsable de las
  siguientes actividades respecto a la admistración
  de memoria
• Llevar cuenta de que partes de la memoria estan
  siendo utilizadas y por quien.
• Decidir que procesos cargar en memoria cuando
  esta está disponible.
• Alojar y desalojar espacio de memoria cuando sea
  requerido.

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Administración de memoria secundaria

• Dado que la memoria principal es volatil y muy
  pequeña para almacenar todos los datos y los
  programas en forma permanente, el sistema de
  cómputo provee memoria secundaria para respaldar
  la memoria principal.
• La mayoria de las computadoras modernas utilizan
  discos como medio de almacennamiento en linea,
  para programas y datos.
• El sistema operativo es responsable de las
  siguientes actividades respecto a la
  administración de la memoria secundaria
• Administración del espacio de memoria libre.
• Alojamiento de memoria
• Planificación del disco

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Administración de entradas y salidas

• El sistema de entradas y salidas consiste de
• un sistema de buffer-caching
• Una interface general de drivers de dispositivos
• Drivers para dispositivos específicos

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Administración de archivos

• Un archivo es una colección de información
  relacionada definida por su creador. Comunmente,
  los archivos representan programas (en formato
  fuente y objeto) y datos.
• El sistema operativo es responsable de las
  siguientes actividades respecto a la
  adminstración de archivos
• Creación de archivos y borrado.
• Creación de directorio y borrado.
• Soperte de primitivas de manipulaciónvde archivos
  y directorios.
• Mapeo de archivos en memoria secundaria.
• Respaldo de archivos en un medio de
  almacenamiento estable (no-volatil).

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Sistema de Protección

• La protección es un mecanismo control de acceso
  de los programas, procesos o usuarios al sistema
  o recursos.
• El sistema de protección debe
• distinguir entre usos autorizados y
  no-autorizados.
• especificar el tipo de control de acceso
  impuesto.
• proveer medios para el aseguramiento de la
  protección.

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Sistema de Interprete de comandos

• Muchos comandos son proporcionados por el sistema
  operativo mediante estatutos de control que
  tienen las siguientes funciones
• creación de procesos y administración
• administración de E/S
• administración de almacenamiento secundario
• administraciónd e memoria principal
• acceso al sistema de archivos
• protección
• acceso a la red

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Servicios del sistema operativo

• Ejecución de programas- capacidad del sistema de
  cargar un programa en memoria y ejecutarlo.
• Operaciones de E/S - dado que los programas no
  pueden ejecutar operaciones de E/S directamente,
  el sistema operativo debe proveer medios para
  realizarlas.
• Manipulaciones del sistema de archivos -
  capacidad de los programas de leer, escribir,
  crear y borrar archivos.
• Comunicaciones - intercambio de información entre
  procesos ejecutando en la misma computadora o en
  otra conectada a travez de una red. Implementada
  mediante memoria compratida o por paso de
  mensajes.
• Deteccion de errores - asegurar un cómputo
  correcto mediante la detección de errore en el
  CPU, memoria, dispositivos de E/S o en los
  programas de usuario.

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Programas del sistema

• Los programas del sistema proveen un ambiente
  para el desarrollo y ejecución de programas.
  Pueden dividirse en
• Manipulación de archivos
• Información de estatus
• Modificación de archivos
• Programación
• Soporte de languaje
• Cargado y ejecución de programas
• Comunicaciones
• Programas de aplicación

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Estructura del sistema

• Nivel 5 programas de usuario
• Nivel 4 buffering para dispositivos de E/S
• Nivle 3 driver de dispositivo para la consola
  del operador
• Nivel 2 administración de memoria
• Nivel 1 administración del CPU
• Nivel 0 hardware

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Sistemas Distribuidos

• Un sistema distribuido es una colección de
  procesadores que no comparten memoria ni reloj.
  Cada proceso tiene su propia memoria local.
• Los procesadores en el sistema están conectados a
  traves de una red de comunicaciones
• El sistema distribuido provee acceso a varios
  recursos compartidos.
• El acceso a recursos compartidos permite
• Incremento el velocidad de cómputo
• Incremento en disponibilidad de los datos
• Mejora en la confiabilidad

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Ejecutivo de Tiempo Real

• Los ejecutivos de tiempos real se basan en
  sistemas operativos especializados que manejan
  los procesos en el STR (RTS)
• Responsabilidad de la administración de procesos
  y asignación de recursos (procesador y memoria)
• Deben estar basados en un kernel RTE estándar el
  cual es usado sin cambios o modificado para una
  aplicación
• No incluye facilidades tales como administrador
  de archivos

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Componentes del Ejecutivo de Tiempo Real
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Componentes Principales

• Reloj de tiempo real
• Provee información para el calendario de procesos
  (process scheduling).
• Manejador de interrupciones
• Controla el servicio a los requerimientos
  instantáneos.
• Scheduler
• Selecciona el próximo proceso a correr.
• Administrador de recursos
• Asigna recursos de memoria y dispositivos de E/S.
• Despachador
• Inicia la ejecución de procesos.

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Prioridad de Procesos

• El procesamiento de algunos tipos de estimulación
  debe tomar prioridad algunas ocasiones
• Prioridad de nivel de interrupción. La más alta
  prioridad está asignada a los procesos que
  requieren una respuesta mucho más rápida
• Prioridad en nivel de reloj. Asignado a procesos
  periódicos
• Dentro de eso, los niveles de más baja prioridad
  deben ser asignados

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Servicio de Interrupciones

• El control se transfiere automáticamente a una
  ubicación predeterminada en la memoria
• Esta ubicación contiene una instrucción de salto
  a una rutina de servicio de interrupciones
• Las interrupciones son deshabilitadas, el
  servicio de interrupciones y el control regresan
  al proceso interrumpido
• Las rutinas del servicio de interrupciones DEBEN
  ser cortas, simples y rápidas

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Servicio de Procesos Periódicos

• En la mayoría de sistemas de tiempo real, habrán
  varias clases de procesos periódicos, cada uno
  con diferentes períodos (tiempo entre
  ejecuciones), tiempos de ejecución y topes
  (tiempo para el cual el procesamiento debe
  completarse)
• El reloj de tiempo real está marcando
  periódicamente y cada marca causa una
  interrupción en procesos periódicos la cual se
  calendariza en el administrador de procesos
• El administrador de procesos selecciona un
  proceso el cual está listo para ejecutarse

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Administrador de Procesos
Dispatcher
Scheduler
Resource Manager
Selecciona procesos para ejecucion
Reserva y aloja cpu y memoria
Asigna el CPU
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Despachador de procesos

• El scheduler elige el próximo proceso a
  ejecutarse por el procesador. Esto depende de una
  estrategia de calendarización que debe tomar en
  cuenta la prioridad del proceso
• El administrador de recursos asigna memoria y un
  procesador para el proceso a ejecutarse
• El despachador toma el proceso de la lista, lo
  carga en el procesador y empieza la ejecución