UNIDAD 1 INTRODUCCION A LOS SISTEMAS OPERATIVOS
SISTEMAS OPERATIVOS
1.1 DEFINICIÓN Y CONCEPTO
Un Sistema Operativo (SO) es el software básico de una computadora que provee una interfaz entre el resto de programas del computador, los dispositivos hardware y el usuario.
Las funciones básicas del Sistema Operativo son administrar los recursos de la máquina, coordinar el hardware y organizar archivos y directorios en dispositivos de almacenamiento.
Los Sistemas Operativos más utilizados son Dos, Windows, Linux y Mac. Algunos SO ya vienen con un navegador integrado, como Windows que trae el navegador Internet Explorer.
sistema operativo: es el programa (o software) más importante de un Computador. Para que funcionen los otros programas, cada computador de uso general debe tener un sistema operativo. Los sistemas operativos realizan tareas básicas, tales como reconocimiento de la conexión del teclado, enviar la información a la pantalla, no perder de vista archivos y directorios en el disco, y controlar los dispositivos periféricos tales como impresoras, escáner, etc.
1.2 Funciones de sistemas operativos
1.- Aceptar todos los trabajos y conservar los hasta su finalizacion.
2.- Interpretación de comando: Interpreta los comando que permiten al usuario comunicarse con el ordenador.
3.- Control de recursos: Coordina y manipula el hardware de la computadora, como la memoria, las impresoras, las unidades de disco, el teclado o el Mouse.
4.- Manejo de dispositivos de E/S: Organiza los archivos en diversos dispositivos de almacenamiento, como discos flexibles, discos duros, discos compactos o cintas magnéticas.
5.- Manejo de errores: Gestiona los errores de hardware y la pérdida de datos.
6.- Secuencia de tareas: El sistema operativo debe administrar la manera en que se reparten los procesos. Definir el orden. (Quien va primero y quien después).
7.- Protección: Evitar que las acciones de un usuario afecten el trabajo que esta realizando otro usuario.
8.- Multiacceso: Un usuario se puede conectar a otra máquina sin tener que estar cerca de ella.
9.- contabilidad de recursos: establece el costo que se le cobra a un usuario por utilizar determinados recursos.
Características de los sistemas operativos.
En general, se puede decir que un Sistema Operativo tiene las siguientes características:
Conveniencia. Un Sistema Operativo hace más conveniente el uso de una computadora.
Eficiencia. Un Sistema Operativo permite que los recursos de la computadora se usen de la manera más eficiente posible.
Habilidad para evolucionar. Un Sistema Operativo deberá construirse de manera que permita el desarrollo, prueba o introducción efectiva de nuevas funciones del sistema sin interferir con el servicio.
Encargado de administrar el hardware. El Sistema Operativo se encarga de manejar de una mejor manera los recursos de la computadora en cuanto a hardware se refiere, esto es, asignar a cada proceso una parte del procesador para poder compartir los recursos.
Relacionar dispositivos (gestionar a través del kernel). El Sistema Operativo se debe encargar de comunicar a los dispositivos periféricos, cuando el usuario así lo requiera.
Organizar datos para acceso rápido y seguro.
Manejar las comunicaciones en red. El Sistema Operativo permite al usuario manejar con alta facilidad todo lo referente a la instalación y uso de las redes de computadoras.
Procesamiento por bytes de flujo a través del bus de datos.
Facilitar las entradas y salidas. Un Sistema Operativo debe hacerle fácil al usuario el acceso y manejo de los dispositivos de Entrada/Salida de la computadora.
Comodidad: Un sistema operativo hace que un computador sea más cómoda de utilizar.
Eficiencia: Un sistema operativo permite que los recursos de un sistema informático se aprovechen de una manera más eficiente.
Capacidad de evolución: Un sistema operativo debe construirse de modo que permita el desarrollo efectivo, la verificación y la introducción de nuevas funciones en el sistema y, a la vez, no interferir en los servicios que brinda.
1.3 Evolución histórica
Los sistemas operativos han estado evolucionan do durante muchos años. En las siguientes secciones examinaremos brevemente este desarrollo. Dado que, históricamente, los sistemas operativos han estado de manera muy estrecha vinculados con la arquitectura de las computadoras en las que se ejecutan, estudiaremos las sucesivas generaciones de computadoras para ver qué clase de sistemas operativos usaban. Esta correspondencia entre las generaciones de sistemas operativos y de computadoras es algo burda, pero establece un poco de estructura que de otra forma sería inexistente. La primera computadora digital verdadera fue diseñada por el matemático inglés harles Babbage (1792-1871). Aunque Babbage invirtió la mayor parte de su vida y su fortuna tratando de construir su “máquina analítica”, nunca logró que funcionara correctamente porque era totalmente mecánica, y la tecnología de su época no podía producir las ruedas, engranes y levas con la elevada precisión que él requería. Huelga decir que la máquina analítica no contaba con un sistema operativo. Como acotación histórica interesante, diremos que Babbage se dio cuenta de que necesitaría software para su máquina analítica, así que contrató a una joven mujer, Ada Lovelace, hija del famoso poeta británico, Lord Byron, como la primera programadora de la historia. El lenguaje de programación Ada recibió su nombre en honor a ella.
La primera generación (1945-55): Tubos de vacío y tableros de conmutación.
Después del fracaso de los trabajos de Babbage, fueron pocos los avances que se lograron en la construcción de computadoras digitales hasta la Segunda Guerra Mundial. A mediados de la década de 1940, Howard Aiken en Harvard,John von Neumann en el Institute for Advanced Study en Princeton, J. PresperEckert y William Mauchley en la University of Pennsylvania y Konrad Zuse en Alemania, entre otros, lograron construir máquinas calculadoras usando tubos de vacío. Estas máquinas eran enormes, y ocupaban cuartos enteros con decenas de miles de tubos de vacío, pero eran mucho más lentas que incluso las computadoras personales más baratas de la actualidad. En esos primeros días, un solo grupo de personas diseñaba, construía, programaba, operaba y mantenía a cada máquina. Toda la programación se realizaba en lenguaje de máquina absoluto, a menudo alambrando tableros de conmutación para controlar las funciones básicas de la máquina. No existían los lenguajes de programación (ni siquiera los de ensamblador). Nadie había oído hablar de los sistemas operativos. La forma de operación usual consistía en que el programador se anotaba para recibir un bloque de tiempo en la hoja de reservaciones colgada en la pared, luego bajaba al cuarto de la máquina, insertaba su tablero de conmutación en la computadora, y pasaba las siguientes horas con la esperanza de que ninguno de los cerca de 20000 tubos de vacío se quemara durante la sesión. Prácticamente todos los problemas eran cálculos numéricos directos, como la producción de tablas de senos y cosenos. A principios de la década de 1950, la rutina había mejorado un poco con la introducción de las tarjetas perforadas. Ahora era posible escribir programas en tarjetas e introducirlas para ser leídas, en lugar de usar tableros de conmutación;por lo demás, el procedimiento era el mismo.
La segunda generación (1955-65):
Transistores y sistemas por lote La introducción del transistor a mediados de la década de 1950 alteró el panorama radicalmente. Las computadoras se hicieron lo bastante confiables como para poderse fabricar y vender a clientes comerciales con la expectativa de que seguirían funcionando el tiempo suficiente para realizar algo de trabajo útil. Por primera vez, había una separación clara entre diseñadores, constructores, operadores, programadores y personal de mantenimiento. Estas máquinas se encerraban en cuartos de computadora con acondicionamiento de aire especial, con equipos de operadores profesionales para operarias. Sólo las grandes empresas, o las principales dependencias del gobierno o universidades, podían solventar el costo de muchos millones de dólares. Para ejecutar un trabajo(es decir, un programa o serie de programas),un programador escribía primero el programa en papel (en FORTRAN o ensamblador) y luego lo perforaba en tarjetas. Después, llevaba el grupo de tarjetas al cuarto de entrada y lo entregaba a uno de los operadores. Cuando la computadora terminaba el trabajo que estaba ejecutando en ese momento, un operador acudía a la impresora, separaba la salida impresa y la llevaba al cuarto de salida donde el programador podía recogerla después. Luego, el operador tomaba uno de los grupos de tarjetas traídos del cuarto de entrada y lo introducía en el lector. Si se requería el compilador de FORTRAN, el operador tenía que traerlo de un archivero e introducirlo en el lector. Gran parte del tiempo de computadora se desperdiciaba mientras los operadores iban de un lugar a otro, en el cuarto de la máquina. Dado el alto costo del equipo, no es sorprendente que la gente pronto buscara formas de reducir el desperdicio de tiempo. La solución que se adoptó generalmente fue el sistema por lotes. El principio de este modo de operación consistía en juntar una serie de trabajos en el cuarto de entrada, leerlos y grabarlos en una cinta magnética usando una computadora pequeña y(relativamente) económica, como una IBM 1401, que era muy buena para leer tarjetas, copiar cintas e imprimir salidas, pero no para realizar cálculos numéricos. Otras máquinas, mucho más costosas, como la IBM 7094, se usaban para la computación propiamente dicha.
Uno de los primeros sistemas por lotes.
(a) Los programadores traen tarjetas a la 1401.
(b) La 1401 lee lotes de trabajos y los graba en cinta.
(c) El operador lleva la cinta de entrada a la 7094.
(d) La 7094 realiza la computación.
(e) El operador lleva la cinta salida a la 1401.
(f) la 1401 imprime la salida.
Después de cerca de una hora de reunir un lote de trabajos, la cinta se rebobinaba y se llevaba al cuarto de la máquina, donde se montaba en una unidad de cinta. El operador cargaba entonces un programa especial (el antepasado del sistema operativo actual), que leía el primer trabajo de la cinta y lo ejecutaba. La salida se escribía en una segunda cinta, en lugar de imprimirse. Cada vez que terminaba un trabajo, el sistema operativo leía automáticamente el siguiente trabajo de la cinta y comenzaba a ejecutarlo. Una vez que estaba listo todo el lote, el operador desmontaba las cintas de entrada y salida, montaba la cinta de entrada del siguiente lote, y llevaba la cinta de salida a una 1401 para la impresión Fuera de línea (o sea, no conectada a la computadora principal).
La estructura de un trabajo de entrada típico se muestra en la Fig. 4. El trabajo comenzaba con una tarjeta $JOB, que especificaba el tiempo de ejecución máximo en minutos, el número de cuenta al que se debía cobrar el trabajo, y el nombre del programador. Luego venía una tarjeta $FORTRAN, que ordenaba al sistema operativo leer el compilador de FORTRAN de la cinta de sistema. Esta tarjeta iba seguida del programa por compilar y por una tarjeta $LOAD, que ordenaba al sistema operativo cargar el programa objeto recién compilado. (Los programas compilados a menudo se escribían en cintas temporales y tenían que cargarse implícitamente.) Luego venía la tarjeta $RUN, que ordenaba al sistema operativo ejecutar el programa con los datos que le se- guían. Por último, la tarjeta $END marcaba el final del trabajo. Estas tarjetas de control primitivas eran los precursores de los lenguajes de control de trabajos e intérpretes de comando modernos.
Las computadoras grandes de la segunda generación se usaban primordialmente para cálculos científicos y de ingeniería, como la resolución de ecuaciones diferenciales parciales. Estas máquinas generalmente se programaban en FORTRAN y lenguaje ensamblador. Los sistemas operativos típicos eran FMS (el Fortran Monitor System) e IBSYS, el sistema operativo de IBM para la 7094
1.4 Clasificación.
Con el paso del tiempo, los Sistemas Operativos fueron clasificándose de diferentes maneras, dependiendo del uso o de la aplicación que se les daba. A continuación se mostrarán diversos tipos de Sistemas Operativos que existen en la actualidad, con algunas de sus características:
Sistemas Operativos de multiprogramación (o Sistemas Operativos de multitarea).
Es el modo de funcionamiento disponible en algunos sistemas operativos, mediante el cual una computadora procesa varias tareas al mismo tiempo. Existen varios tipos de multitareas. La conmutación de contextos (context Switching) es un tipo muy simple de multitarea en el que dos o más aplicaciones se cargan al mismo tiempo, pero en el que solo se esta procesando la aplicación que se encuentra en primer plano (la que ve el usuario). Para activar otra tarea que se encuentre en segundo plano, el usuario debe traer al primer plano la ventana o pantalla que contenga esa aplicación. En la multitarea cooperativa, la que se utiliza en el sistema operativo Macintosh, las tareas en segundo plano reciben tiempo de procesado durante los tiempos muertos de la tarea que se encuentra en primer plano (por ejemplo, cuando esta aplicación esta esperando información del usuario), y siempre que esta aplicación lo permita. En los sistemas multitarea de tiempo compartido, como OS/2, cada tarea recibe la atención del microprocesador durante una fracción de segundo. Para mantener el sistema en orden, cada tarea recibe un nivel de prioridad o se procesa en orden secuencial. Dado que el sentido temporal del usuario es mucho más lento que la velocidad de procesamiento del ordenador, las operaciones de multitarea en tiempo compartido parecen ser simultáneas.
Se distinguen por sus habilidades para poder soportar la ejecución de dos o más trabajos activos (que se están ejecutado) al mismo tiempo. Esto trae como resultado que la Unidad Central de Procesamientoto (UCP) siempre tenga alguna tarea que ejecutar, aprovechando al máximo su utilización. Su objetivo es tener a varias tareas en la memoria principal, de manera que cada uno está usando el procesador, o un procesador distinto, es decir, involucra máquinas con más de una UCP. Sistemas Operativos como UNIX, Windows 95, Windows 98, Windows NT, MAC-OS, OS/2, soportan la multitarea.
Las características de un Sistema Operativo de multiprogramación o multitareason las siguientes:
-Mejora productividad del sistema y utilización de recursos.
-Multiplexa recursos entre varios programas.
-Generalmente soportan múltiples usuarios (multiusuarios).
-Proporcionan facilidades para mantener el entorno de usuarios individuales.
-Requieren validación de usuario para seguridad y protección.
-Proporcionan contabilidad del uso de los recursos por parte de los usuarios.
-Multitarea sin soporte multiusuario se encuentra en algunos computadores personales o en sistemas de tiempo real.
-Sistemas multiprocesadores son sistemas multitareas por definición ya que soportan la ejecución simultánea de múltiples tareas sobre diferentes procesadores.
-En general, los sistemas de multiprogramación se caracterizan por tener múltiples programas activos compitiendo por los recursos del sistema: procesador, memoria, dispositivos periféricos.
Sistema Operativo Monotareas.
Los sistemas operativos monotareas son más primitivos y es todo lo contrario al visto anteriormente, es decir, solo pueden manejar un proceso en cada momento o que solo puede ejecutar las tareas de una en una. Por ejemplo cuando la computadora esta imprimiendo un documento, no puede iniciar otro proceso ni responder a nuevas instrucciones hasta que se termine la impresión.
Sistema Operativo Monousuario.
Los sistemas monousuarios son aquellos que nada más puede atender a un solo usuario, gracias a las limitaciones creadas por el hardware, los programas o el tipo de aplicación que se este ejecutando. Estos tipos de sistemas son muy simples, porque todos los dispositivos de entrada, salida y control dependen de la tarea que se esta utilizando, esto quiere decir, que las instrucciones que se dan, son procesadas de inmediato; ya que existe un solo usuario. Y están orientados principalmente por los microcomputadores.
Sistema Operativo Multiusuario.
Es todo lo contrario a monousuario; y en esta categoría se encuentran todos los sistemas que cumplen simultáneamente las necesidades de dos o más usuarios, que comparten mismos recursos. Este tipo de sistemas se emplean especialmente en redes. En otras palabras consiste en el fraccionamiento del tiempo (timesharing).
Sistemas Operativos por lotes.
Los Sistemas Operativos por lotes, procesan una gran cantidad de trabajos con poca o ninguna interacción entre los usuarios y los programas en ejecución. Se reúnen todos los trabajos comunes para realisarlos al mismo tiempo, evitando la espera de dos o más trabajos como sucede en el procesamiento en serie. Estos sistemas son de los más tradicionales y antiguos, y fueron introducidos alrededor de 1956 para aumentar la capacidad de procesamiento de los programas. Cuando estos sistemas son bien planeados, pueden tener un tiempo de ejecución muy alto, porque el procesador es mejor utilizado y los Sistemas Operativos pueden ser simples, debido a la secuenciabilidad de la ejecución de los trabajos. Algunos ejemplos de Sistemas Operativos por lotes exitosos son el SCOPE,del DC6600, el cual está orientado a procesamiento científico pesado, y el EXEC II para el UNIVAC 1107, orientado a procesamiento académico.
Algunas otras características con que cuentan los Sistemas Operativos por lotes son:
-Requiere que el programa, datos y órdenes al sistema sean remitidos todos juntos en forma de lote.
-Permiten poca o ninguna interacción usuario/programa en ejecución.
-Mayor potencial de utilización de recursos que procesamiento serial simple en sistemas multiusuarios.
-No conveniente para desarrollo de programas por bajo tiempo de retorno y depuración fuera de línea.
-Conveniente para programas de largos tiempos de ejecución (ejemplo, análisis estadísticos, nóminas de personal, etc.).
-Se encuentra en muchos computadores personales combinados con procesamiento serial.
-Planificación del procesador sencilla, típicamente procesados en orden del legada.
-Planificación de memoria sencilla, generalmente se divide en dos: parte residente del S.O. y programas transitorios.
-No requieren gestión crítica de dispositivos en el tiempo.
-Suelen proporcionar gestión sencilla de manejo de archivos: se requiere poca protección y ningún control de concurrencia para el acceso.
Sistemas Operativos de tiempo real.
Los Sistemas Operativos de tiempo real son aquellos en los cuales no tiene importancia el usuario, sino los procesos. Por lo general, están subutilizados sus recursos con la finalidad de prestar atención a los procesos en el momento que lo requieran. Se utilizan en entornos donde son procesados un gran número de sucesos o eventos. Muchos Sistemas Operativos de tiempo real son construidos para aplicaciones muy específicas como control de tráfico aéreo, bolsas de valores, control de refinerías, control de laminadores. También en el ramo automovilístico y de la electrónica de consumo, las aplicaciones de tiempo real están creciendo muy rápidamente. Otros campos de aplicación de los Sistemas Operativos de tiempo real son los siguientes:
-Control de trenes.
-Telecomunicaciones.
-Sistemas de fabricación integrada.
-Producción y distribución de energía eléctrica.
-Control de edificios.
-Sistemas multimedia
Algunos ejemplos de Sistemas Operativos de tiempo real son:
VxWorks,Solaris, Lyns OS y Spectra. Los Sistemas Operativos de tiempo real, cuentan con las siguientes características:
-Se dan en entornos en donde deben ser aceptados y procesados gran cantidad de sucesos, la mayoría externos al sistema computacional, en breve tiempo o dentro de ciertos plazos.
-Se utilizan en control industrial, conmutación telefónica, control de vuelo, simulaciones en tiempo real., aplicaciones militares, etc.
-Objetivo es proporcionar rápidos tiempos de respuesta.
-Procesa ráfagas de miles de interrupciones por segundo sin perder un solo suceso.
-Proceso se activa tras ocurrencia de suceso, mediante interrupción.
-Proceso de mayor prioridad expropia recursos.
-Por tanto generalmente se utiliza planificación expropiativa basada en prioridades.
-Gestión de memoria menos exigente que tiempo compartido, usualmente procesos son residentes permanentes en memoria.
-Población de procesos estática en gran medida.
-Poco movimiento de programas entre almacenamiento secundario y memoria.
-Gestión de archivos se orienta más a velocidad de acceso que a utilización eficiente del recurso.
Sistemas Operativos de tiempo compartido.
Permiten la simulación de que el sistema y sus recursos son todos para cada usuario. El usuario hace una petición a la computadora, esta la procesa tan pronto como le es posible, y la respuesta aparecerá en la terminal del usuario. Los principales recursos del sistema, el procesador, la memoria, dispositivos de E/S, son continuamente utilizados entre los diversos usuarios, dando a cada usuario la ilusión de que tiene el sistema dedicado para sí mismo. Esto trae como consecuencia una gran carga de trabajo al Sistema Operativo, principalmente en la administración de memoria principal y secundaria.
Ejemplos de Sistemas Operativos de tiempo compartido son Multics, OS/360 yDEC-10.
Características de los Sistemas Operativos de tiempo compartido:
-Populares representantes de sistemas multiprogramados multiusuario, ejemplo: sistemas de diseño asistido por computador, procesamiento de texto, etc.
-Dan la ilusión de que cada usuario tiene una máquina para sí.
-Mayoría utilizan algoritmo de reparto circular.
-Programas se ejecutan con prioridad rotatoria que se incrementa con la espera y disminuye después de concedido el servici-Evitan monopolización del sistema asignando tiempos de procesador (timeslot).
-Gestión de memoria proporciona protección a programas residentes.
-Gestión de archivo debe proporcionar protección y control de acceso debido a que pueden existir múltiples usuarios accesando un mismo archivo.
Sistemas Operativos distribuidos.
Permiten distribuir trabajos, tareas o procesos, entre un conjunto de procesadores. Puede ser que este conjunto de procesadores esté en un equipo o en diferentes, en este caso es trasparente para el usuario. Existen dos esquemas básicos de éstos. Un sistema fuertemente acoplado es a es aquel que comparte la memoria y un reloj global, cuyos tiempos de acceso son similares para todos los procesadores. En un sistema débilmente acoplado los procesadores no comparte i memoria ni reloj, ya que cada uno cuenta con su memoria local. Los sistemas distribuidos deben de ser muy confiables, ya que si un componente del sistema se compone otro componente debe de ser capaz de reemplazarlo. Entre los diferentes Sistemas Operativos distribuidos que existen tenemos los siguientes: Sprite, Solaris-MC, Mach, Chorus, Spring, Amoeba, Taos, etc.Características de los Sistemas Operativos distribuidos:
-Colección de sistemas autónomos capaces de comunicación y cooperación mediante interconexiones hardware y software .
-Gobierna operación de un S.C. y proporciona abstracción de máquina virtual a los usuarios.
-Objetivo clave es la transparencia.
-Generalmente proporcionan medios para la compartición global de recursos.
-Servicios añadidos: denominación global, sistemas de archivos distribuidos, facilidades para distribución de cálculos (a través de comunicación de procesos interno dos, llamadas a procedimientos remotos, etc.).
Sistemas Operativos de red.
Son aquellos sistemas que mantienen a dos o más computadoras unidas a través de algún medio de comunicación (físico o no), con el objetivo primordial de poder compartir los diferentes recursos y la información del sistema. El primer Sistema Operativo de red estaba enfocado a equipos con un procesador Motorola 68000, pasando posteriormente a procesadores Intel como Novell Netware. Los Sistemas Operativos de red mas ampliamente usados son: NovellNetware, Personal Netware, LAN Manager, Windows NT Server, UNIX, LANtastic.
Sistemas Operativos paralelos.
En estos tipos de Sistemas Operativos se pretende que cuando existan dos o más procesos que compitan por algún recurso se puedan realizar o ejecutar al mismo tiempo. En UNIX existe también la posibilidad de ejecutar programas sin tener que atenderlos en forma interactiva, simulando paralelismo (es decir, atender de manera concurrente varios procesos de un mismo usuario). Así, en lugar de esperar a que el proceso termine de ejecutarse (como lo haría normalmente),regresa a atender al usuario inmediatamente después de haber creado el proceso. Ejemplos de estos tipos de Sistemas Operativos están: Alpha, PVM, la serie AIX,que es utilizado en los sistemas RS/6000 de IBM.
1.5 Estructura: Niveles o Estratos de Diseño
Sistema Monolítico:
En este diseño, que hasta ahora se considera como la organización más común, todo el sistema operativo se ejecuta como un solo programa en modo kernel. El sistema operativo se escribe como una colección de procedimientos, enlazados entre sí en un solo programa binario ejecutable extenso. Cuando se utiliza esta técnica, cada procedimiento en el sistema tiene la libertad de llamar a cualquier otro, si éste proporciona cierto cómputo útil que el primero necesita. Al tener miles de procedimientos que se pueden llamar entre sí sin restricción, con frecuencia se produce un sistema poco manejable y difícil de comprender. Para construir el programa objeto actual del sistema operativo cuando se utiliza este diseño, primero se compilan todos los procedimientos individuales (o los archivos que contienen los procedimientos) y luego se vinculan en conjunto para formar un solo archivo ejecutable, usando el enlazador del sistema. En términos de ocultamiento de información, en esencia no hay nada: todos los procedimientos son visibles para cualquier otro procedimiento (en contraste a una estructura que contenga módulos o paquetes, en donde la mayor parte de la información se oculta dentro de módulos y sólo los puntos de entrada designados de manera oficial se pueden llamar desde el exterior del módulo).
Esta organización sugiere una estructura básica para el sistema operativo:
1. Un programa principal que invoca el procedimiento de servicio solicitado.
2. Un conjunto de procedimientos de servicio que llevan a cabo las llamadas al sistema.
3. Un conjunto de procedimientos utilitarios que ayudan a los procedimientos de servicio.
Sistema por capas
El sistema tenía seis capas. El nivel 0 se encargaba de la asignación del procesador, de cambiar entre un proceso y otro cuando ocurrían interrupciones o expiraban los temporizadores. Por encima del nivel 0, el sistema consistía en procesos secuenciales, cada uno de los cuales e podía programar sin necesidad de preocuparse por el hecho de que había varios procesos en ejecución en un solo procesador. En otras palabras, el nivel 0 proporcionaba la multiprogramación básica de la CPU.
La capa 1 se encargaba de la administración de la memoria. Asignaba espacio para los procesos en la memoria principal y en un tambor de palabras de 512 K que se utilizaba para contener partes de procesos (páginas), para los que no había espacio en la memoria principal. Por encima de la capa 1, los procesos no tenían que preocuparse acerca de si estaban en memoria o en el tambor; el software de la capa 1 se encargaba de asegurar que las páginas se llevaran a memoria cuando se requerían
La capa 2 se encargaba de la comunicación entre cada proceso y la consola del operador (es decir, el usuario). Encima de esta capa, cada proceso tenía en efecto su propia consola de operador.
La capa 3 se encargaba de administrar los dispositivos de E/S y de guardar en búferes los flujos de información dirigidos para y desde ellos. Encima de la capa 3, cada proceso podía trabajar con los dispositivos abstractos de E/S con excelentes propiedades, en vez de los dispositivos reales con muchas peculiaridades.
La capa 4 era en donde se encontraban los programas de usuario. No tenían que preocuparse por la administración de los procesos, la memoria, la consola o la E/S. El proceso operador del sistema se encontraba en el nivel 5.
Microkernel
Con el diseño de capas, los diseñadores podían elegir en dónde dibujar el límite entre kernel y usuario. Tradicionalmente todos las capas iban al kernel, pero eso no es necesario. De hecho, puede tener mucho sentido poner lo menos que sea posible en modo kernel, debido a que los errores en el kernel pueden paralizar el sistema de inmediato. En contraste, los procesos de usuario se pueden configurar para que tengan menos poder, por lo que un error en ellos tal vez no sería fatal. Varios investigadores han estudiado el número de errores por cada 1000 líneas de código (por ejemplo, Basilli y Perricone, 1984; y Ostrand y Weyuker, 2002). La densidad de los errores depende del tamaño del módulo, su tiempo de vida y más, pero una cifra aproximada para los sistemas industriales formales es de diez errores por cada mil líneas de código. Esto significa que es probable que un sistema operativo monolítico de cinco millones de líneas de código contenga cerca de 50,000 errores en el kernel. Desde luego que no todos estos son fatales, ya que algunos errores pueden ser cosas tales como emitir un mensaje de error incorrecto en una situación que ocurre raras veces. Sin embargo, los sistemas operativos tienen tantos errores que los fabricantes de computadoras colocan botones de reinicio en ellas (a menudo en el panel frontal), algo que los fabricantes de televisiones, estéreos y autos no hacen, a pesar de la gran cantidad de software en estos dispositivos.
Modelo cliente-servidor
Una ligera variación de la idea del microkernel es diferenciar dos clases de procesos: los servidores, cada uno de los cuales proporciona cierto servicio, y los clientes, que utilizan estos servicios. Este modelo se conoce como cliente-servidor. A menudo la capa inferior es un microkernel, pero eso no es requerido. La esencia es la presencia de procesos cliente y procesos servidor. La comunicación entre clientes y servidores se lleva a cabo comúnmente mediante el paso de mensajes. Para obtener un servicio, un proceso cliente construye un mensaje indicando lo que desea y lo envía al servicio apropiado. Después el servicio hace el trabajo y envía de vuelta la respuesta. Si el cliente y el servidor se ejecutan en el mismo equipo se pueden hacer ciertas optimizaciones, pero en concepto estamos hablando sobre el paso de mensajes.
Máquinas virtuales
Las versiones iniciales del OS/360 eran, en sentido estricto, sistemas de procesamiento por lotes. Sin embargo, muchos usuarios del 360 querían la capacidad de trabajar de manera interactiva en una terminal, por lo que varios grupos, tanto dentro como fuera de IBM, decidieron escribir sistemas de tiempo compartido para este sistema. El sistema de tiempo compartido oficial de IBM, conocido como TSS/360, se liberó después de tiempo y cuando por fin llegó era tan grande y lento que pocos sitios cambiaron a este sistema. En cierto momento fue abandonado, una vez que su desarrollo había consumido cerca de 50 millones de dólares (Graham, 1970). Pero un grupo en el Scientific Center de IBM en Cambridge, Massachusetts, produjo un sistema radicalmente distinto que IBM aceptó eventualmente como producto. Un descendiente lineal de este sistema, conocido como z/VM, se utiliza ampliamente en la actualidad, en las mainframes de IBM (zSeries) que se utilizan mucho en centros de datos corporativos extensos, por ejemplo, como servidores de comercio electrónico que manejan cientos o miles de transacciones por segundo y utilizan bases de datos cuyos tamaños llegan a ser hasta de varios millones de gigabyte.
1.6 Núcleo.
El Núcleo (o kernel) es una colección de módulos de software que se ejecutan en forma privilegiada –lo que significa que tienen acceso pleno a los recursos del sistema. El núcleo normalmente representa sólo una pequeña parte de lo que por lo general se piensa que es todo el sistema operativo, pero es tal vez el código que más se utiliza. Por esta razón, el núcleo reside por lo regular en la memoria principal, mientras que otras partes del sistema operativo son cargadas en la memoria principal sólo cuando se necesitan .Los núcleos se diseñan para realizar “el mínimo” posible de procesamiento en cada interrupción y dejar que el resto lo realice el proceso apropiado del sistema, que puede operar mientras el núcleo se habilita para atender otras interrupciones. El núcleo de un sistema operativo normalmente contiene el código necesario para realizar las siguientes funciones:
• Manejo de interrupciones.
• Creación y destrucción de procesos.
• Cambio de estado de los procesos.
• Despacho.
• Suspensión y reanudación de procesos.
• Sincronización de procesos.
• Comunicación entre procesos.
• Manipulación de los bloques de control de procesos.
• Apoyo para las actividades de entrada/salida.
• Apoyo para asignación y liberación de memoria.
• Apoyo para el sistema de archivos.
• Apoyo para el mecanismo de llamada y retorno de un procedimiento.
• Apoyo para ciertas funciones de contabilidad del sistema
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