Sistemas Operativos

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Sistemas Operativos

• Introducción
• Unidad II

Sergio Fuenlabrada Velázquez Edna Martha Miranda
Chávez
Revisión Feb 2011
Sergio Fuenlabrada Velázquez
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• Evolución de la estructura de los Sistemas
  Operativos

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Estructura del Sistema Operativo (SO)

• Modelo Monolítico o estructura simple
• Modelo jerárquica, en estratos, modularidad o
  capas
• Modelo en tiempo real
• Modelo maquina virtual
• Modelo servidor del cliente
• Modelo orientado a objetos

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Estructura monolítico o simple
El sistema operativo estaba conformado por un
sólo programa el cual tenia subrutinas que eran
llamadas por el modulo principal (kernel)
Proceso lento
Usuario
Shell, comandos, compiladores, interpretes
Monolítico
Administradores, planificadores, manejadores E/S,
kernel
Hardware Controladores, manejadores de
dispositivos
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Estructura Monolítico o simple

• Los sistemas operativos monolíticos, cuentan con
  un núcleo (kernel) llamado monolítico, este es
  grande y complejo, engloba todos los servicios
  que proporciona el sistema operativo, la gestion
  de recursos, los servicios y manejo de
  dispositivos se encuentran integrados en un único
  programa.
• Este tipo de sistemas operativos inicio siendo un
  programa sencillo llamado monitor, pero conforme
  la tecnología avanzaba, y los servicios
  requeridos aumentaban, éste se vuelve complejo,
  con miles de líneas de código. Lo que a su vez
  provoca una respuesta lenta al servicio
  solicitado.
• Las modificaciones a este tipo de sistema
  operativo son complicadas por lo grande del
  código y cada modificación requiere la
  re-compilación del núcleo.

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Estructura Monolítico o simple

• No exhibe una estructura, ya que es un enorme
  programa, El programa consta de una rutina
  principal llamada núcleo (en ingles kernel) y
  conjunto de procedimientos (o subrutinas).
• Una llamada al sistema es interceptada por el
  núcleo y este a su vez llama a los procedimientos
  que requiera para dar servicio a dicha llamada.
  Para controlar multiples llamadas
  utilizaregistros, colas y pilas.
• Los procedimientos o subrutinas son llamados
  para su ejecución por el núcleo o por otros
  procedimientos o rutinas siempre que se requieran

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Estructura Monolítico o simple

• Llamada al sistema
• El programa del usuario captura al kernel
• El kernel establece el servicio que se solicita.
• El núcleo localiza y llama a un procedimiento que
  proporciona el servicio solicitado
• El procedimiento efectúa el servicio
• El control se devuelve al núcleo y este lo
  regresa al programa del usuario

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Micro-núcleo
Estructura Jerárquica, por Estratos,
modularidad o capas

• Los sistemas operativos con Micro-núcleo o
  microkernel cuentan con un núcleo pequeño, que
  descentraliza los servicios y manejo de fallos o
  errores.
• Todos las solicitudes de servicios provistos por
  el sistema operativo son recibidas por el núcleo,
  y este a su vez llama a los administradores o
  gestores para que efectúen el servicio
  solicitado.
• Como ventaja esta estructura presenta la
  facilidad para modificar al sistema operativo, ya
  que para añadir nuevas funcionalidades y
  servicios, sólo es necesario el recompilar el
  modulo específicos.

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Estructura Jerárquica, por Estratos, modularidad
o capas

• El sistema operativo esta dividido en partes,
  módulos, estratos o capas, cada parte se encarga
  de una tarea especifica.
• Jerarquía de estratos, cada uno construido arriba
  del que esta de bajo.

Estrato
Una generalización de este modelo es el modelo de
anillos concéntricos. Los anillos internos tienen
más privilegios que los anillos externos.
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Estructura Jerárquica, por Estratos,
modularidad o capas
Ejemplo de un Sistema Operativo de 6 estratos
Secuencia

• Estrato 7.- Programas del usuario
• Estrato 6.- Proceso operador del sistema
  (comunicación con el usuario y con el hardware --
  estrato más interno del S.O.)
• Estrato 5.- Distribución del procesador y
  multiprogramación.
• Estrato 4.- Manejo de memoria
• Estrato 3.- Comunicación entre procesos
• Estrato 2.- Manejo de dispositivos E/S
• Estrato 1.- Proceso operador del sistema
• Estrato 0.- Hardware

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Tiempo real

• El sistema operativo de tiempo real (Real Time
  Operating System), fue desarrollado para soportar
  aplicaciones en tiempo real.
• Las aplicaciones en tiempo real se caracterizan
  por contar con una serie de dispositivos los
  cuales reciben información del medio ambiente, y
  el sistema debe dar una respuesta inmediata a
  dicho requerimiento.
• Los sistemas operativos en tiempo real se evalúan
  en función al tiempo que se tardan en recibir los
  datos, generar y emitir una respuesta.
• Este tipo de sistema operativo se encuentra
  instalado en aviones, automoviles, equipos
  industriales, etc.

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Tiempo real

• Una versión de los sistemas operativos de tiempo
  real son
• Los sistema operativos guiados por eventos. Se
  activan cuando un evento ocasiona o requiere un
  servicio. Ejemplo se recibe una señal de un
  electrodo conectado a un paciente el cual indica
  que los niveles de insulina se encuentran abajo
  del minimo establecido. El sistema puede
  responder enviando una dosis de insulina o
  emitiendo una alarma audible, o enviando un
  mensaje al pool de enfermeras, etc.
• Se comparte el recurso por tiempo. Estos cambian
  o activan tareas por que se generó una
  interrupción del reloj o por un evento. Ejemplo,
  nuevamente un electrodo conectado a un paciente y
  un control de tiempo del sistema. El paciente
  puede recibir medicamento de acuerdo a un horario
  establecido o porque la enfermera programa el
  dispositivo para emitir una descarga de dicho
  medicamento.

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Maquina virtual

• Cada proceso genera una maquina virtual (Virtual
  Machine -VM). La cual consta de una copia de los
  programas de servicio, programas de control y el
  corazón del sistema operativo. El Acceso al
  procesador lo controla el monitor de maquina
  virtual.
• Cada VM interactúa directamente con el hardware
  en E/S.
• En un equipo de computo pueden estar ejecutandose
  varias VM, incluso pueden ejecutarse en diferente
  sistemas operativos.

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Maquina virtual
Difícil implementación

• Cada proceso
• Crea la ilusión de que es el unico proceso
  ejecutandose en el computador, ya que se crea la
  imagen de que el proceso cuenta con su propio
  procesador, memoria, dispositivo etc. A cada
  proceso se le presenta una copia virtual del
  procesador y la memoria.
• Cada MV se le crea un espacio de memoria, llamada
  minidiscos.
• El spooling ayuda a simular dispositivos
  dedicados.
• Java (1995)
• Interfaz API soporte de lenguaje basico para
  graficar
• Maquina virtual JVM - Interprete de JAVA,
  ejecuta codigos de bytes independiente del
  Hardware.

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Servidor del cliente
Mas usado actualmente
Procesos Cliente
4
Mensajes
Mensaje
1
Microkernel / Núcleo hibrido
2
3
Mensajes
Programas servicio
Este tipo de estructura puede operar con
microkernel o núcleo hibrido
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Núcleo Hibrido
Los núcleos híbridos aumentar el rendimiento del
sistema operativo, integrándose fundamentalmente
con micro núcleos. Esto es, transfieren algo de
código del núcleo (componente no esencial) al
espacio de usuario El núcleo híbrido usa
conceptos de arquitectura o mecanismos tanto del
diseño monolítico como de micro núcleo Se basan
en el paso de mensajes. La mayoría de los
sistemas operativos actuales (año 2008)
pertenecen a esta categoría, como Microsoft
Windows, XNU, Mac OS X.
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Servidor del cliente (micro-kernel)
Inicio Mediados 80s

• Se basan en núcleos híbridos - La idea es pasar
  código a estratos mayores (usuario) e implantar
  la mayoría de las funciones del S.O. en procesos
  del usuario y minimizar el núcleo (micro-kernel).
• La comunicación (paso de mensajes) facilita la
  ejecución de procesos locales y remotos.
• Todos los procesos se corren en modo usuario, por
  lo tanto el acceso al hardware sigue siendo
  responsabilidad del S.O.
• Existe independencia de procesos y por lo tanto
  de errores.
• El proceso puede enviar información a una
  dirección y esto significa (por default, ya que
  se prende una bandera) que se requiere leer la
  información que se encuentra en esa dirección o
  enviarla a un buffer.

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Orientación a Objetos
Futuro de los S.O.

• Toma las características de operación de sus
  antecesores.
• Se basa en el principio de dividir al sistemas
  operativo en funciones o servicios. Por lo tanto
  cada objeto ejecuta una función o servicio
  especifico y mientras más especializado mejor.
• La comunicación entre objetos es a través de
  mensajes.
• Un objeto ejecuta una tarea especifica de
  principio a fin.
• El kernel es el objeto primario y establece las
  comunicaciones entre clientes (procesos usuarios)
  y servidores (gestores de recursos).
• Facilita al usuario la interacción con el sistema
  operativo y la ejecución de procesos locales y
  remotos, ya que pierde importancia de donde
  proceda el mensaje.
• Los objetos del sistema operativo pueden ser
  llamados (ejecutados) por aplicaciones del
  usuario.

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Sistemas operativos por servicios

• Son los tipos de sistemas más conocidos desde el
  punto de vista de los servicios que ofrecen al
  usuario.
• Mono-usuario
• Multiusuario
• Mono-tareas
• Multitareas
• Uniproceso o mono-proceso
• Multiproceso asimétrica (un procesador pivote y
  n esclavos) o simétrica (n procesadores
  trabajando en paridad).
• En tiempo real
• En red
• Procesamiento distribuido
• Dispositivos remotos
• Dispositivos móviles

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Ejemplos de estructuras de diferentes sistemas
operativos para Computadoras Personales
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Ejemplo Arquitectura de Sistema Operativo UNIX
Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson
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Ejemplo Organización de Windows NT/2000/XP
Sistemas Operativos, Gary Nutt, Ed. Pearson
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INVESTIGACIÓN
Tarea Investigue una estructura de los sistemas
operativos distribuidos y de sistemas operativos
para equipos móviles
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Modo Súper-usuario, administrador

• Hoy en día para diferenciar las llamadas que
  puede el usuario efectuar al sistema operativo se
  dice que trabaja en modo supervisor o súper
  usuario o modo usuario
• Modo supervisor o súper usuario el usuario puede
  ejecutar el juego completo de instrucciones
  disponibles del sistema operativo. En las
  computadoras personales normalmente existe un
  solo súper usuario para el sistema operativo.
• Modo usuario el usuario sólo podrá ejecutar un
  juego restringido de instrucciones. Pueden
  existir n usuarios para la computadora.