Definici´ on de sistema operativo Procesos Sistema de ficheros Interfaces de usuario

3. Sistemas operativos Inform´ atica Ingenier´ıa en Electr´onica y Autom´atica Industrial

´ l Dura ´ n D´ıaz Rau

´rez Sanz Juan Ignacio Pe

Departamento de Autom´ atica Escuela Polit´ ecnica Superior

Curso acad´emico 2016–2017

Rev: 1.22

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3. Sistemas operativos

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Contenidos

1

Definici´on de sistema operativo

2

Procesos

3

Sistema de ficheros

4

Interfaces de usuario

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Objetivos Definiciones b´ asicas

Objetivos

Comprender el concepto de sistema operativo y su utilidad. Ser capaz de describir los diferentes elementos de que consta y comprender su importancia. Entender el concepto de proceso en el contexto de los sistemas operativos. Entender el concepto de sistema de ficheros. Ser capaz de utilizar los comandos b´asicos de Linux, manejando la entrada/salida est´andar y los comandos concatenados.

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Objetivos Definiciones b´ asicas

¿Qu´e es un sistema operativo?

Definici´on Un sistema operativo es un programa (o conjunto de programas) de control que tiene por objeto facilitar el uso del computador y conseguir que este uso sea eficiente.

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Objetivos Definiciones b´ asicas

Misiones del sistema operativo

El sistema operativo proporciona dos servicios fundamentales: extiende las instrucciones de la m´aquina base; media en los conflictos entre procesos a causa de los recursos.

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Objetivos Definiciones b´ asicas

M´aquina extendida u operativa

El sistema operativo esconde detalles demasiado finos como para que el programador deba ocuparse de ellos. Por ejemplo: c´ omo se maneja la cabeza de lectura/escritura de un disco magn´etico.

Presenta al usuario-programador una ((m´aquina virtual)) que se maneja de modo mucho m´as sencillo. Esa ((m´aquina virtual)) est´a normalmente estandarizada, de manera que un mismo programa puede valer para sistemas operativos distintos si estos ofrecen al usuario-programador la misma interfaz est´andar.

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Objetivos Definiciones b´ asicas

M´aquina extendida u operativa La ((m´aquina virtual)) extiende el repertorio est´andar de instrucciones por medio de los llamados system calls o servicios del sistema. Esos servicios del sistema pueden verse como ((instrucciones extendidas)) que permiten al programador ampliar sus posibilidades a la hora de programar. Los servicios del sistema constituyen la “interfaz” entre el programador y el sistema operativo. Los servicios del sistema se dividen en dos categor´ıas esenciales: los que manejan procesos; los que manejan el sistema de ficheros. Rev: 1.22

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Objetivos Definiciones b´ asicas

M´aquina extendida u operativa nivel máquina simbólica

Compiladores

Editores

Intérprete de comandos

nivel máquina extendida

Sistema Operativo

nivel máquina real

Instrucciones en lenguaje máquina

Figura: Posici´ on relativa de las m´aquinas Rev: 1.22

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Objetivos Definiciones b´ asicas

Administrador de recursos La segunda misi´on importante del sistema operativo es actuar como ´arbitro entre los distintos usuarios para manejar los recursos limitados del sistema. Ejemplo Si varios programas quieren escribir en una impresora, hay que arbitrar los medios para que lo hagan en serie, uno detr´as de otro, y que no se obstaculicen mutuamente. Ejemplo Mientras un proceso espera un dato del disco, otro puede usar la capacidad de c´omputo del procesador. Rev: 1.22

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

Procesos

El elemento ejecutivo fundamental de un sistema computador es el proceso. Un sistema computador en funcionamiento no es m´as que un conjunto de uno o m´as procesos en ejecuci´on seg´ un diversas posibles planificaciones temporales.

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

¿Qu´e es un proceso?

Definici´on Un proceso es, en esencia, un programa en ejecuci´on. Observaci´on Podemos ver un proceso como la instanciaci´on din´amica de un programa. Puede, pues, ocurrir que varios procesos ejecuten (es decir, instancien) el mismo programa.

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

Elementos de un proceso

Un proceso consta de un espacio de memoria, estructurado en secciones; los registros del procesador.

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

Estructura de un proceso Vista de un proceso en relaci´on a la memoria virtual y registros:

Pila

Un proceso necesita manejar registros de la CPU:

Direcciones de memoria crecientes

$SP

11111111111111111 00000000000000000 00000000000000000 11111111111111111 00000000000000000 11111111111111111 00000000000000000 11111111111111111 Hueco libre (variable)

$GP

Datos dinámicos Datos estáticos

contador de programa $PC. puntero de pila $SP. puntero a datos din´amicos $GP. registro de estado $PSW.

Instrucciones $PC Reservado 0

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

Caracter´ısticas un proceso Un proceso solo puede ser creado por otro proceso. Cualquier proceso puede crear a su vez procesos. Se utilizan dos servicios del sistema para crear nuevos procesos: fork: crea una r´eplica del proceso llamante; exec(p1): pone en ejecuci´ on el programa en el archivo ejecutable p1.

El servicio del sistema exec se ocupa de trasladar el archivo ejecutable a memoria, d´andole la adecuada estructura a cada secci´on, para que pueda comenzar la ejecuci´on en el contexto del nuevo proceso. Rev: 1.22

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

Estructura de un ´arbol de procesos A

B

C

D

E

F

Figura: Vista de un ´arbol de procesos Rev: 1.22

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

Arranque (boot) del sistema computador

En el momento de arranque de la m´aquina, hay un solo proceso en ejecuci´on, responsable de ir creando todos los dem´as. Este proceso est´a grabado en la imagen de arranque (boot image). El arranque del sistema se ejecuta en varios pasos: Se ejecuta un peque˜ no c´ odigo almacenado en memoria no vol´atil que carga un cargador m´as potente y lo pone en ejecuci´ on. Este segundo cargador carga la imagen del sistema operativo (boot image) y pone en ejecuci´ on el primer proceso de esa imagen.

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

Estructura de un fichero de imagen ejecutable

Secciones

Símbolos

Datos estáticos

Instrucciones

Cabeceras

Figura: Estructura de un fichero ejecutable Rev: 1.22

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

Turno en la ejecuci´on de los procesos

El recurso m´as valioso es el procesador. El procesador solo puede ejecutar un proceso cada vez. Cuando el proceso en ejecuci´on se bloquea (porque espera un dato del disco, por ejemplo) el proceso distribuidor suspende el proceso en curso y selecciona otro que tenga posibilidad de ejecutarse en ese momento de acuerdo con cierta planificaci´on. Cada proceso se describe por el espacio de memoria que usa y por el valor de los registros del procesador en el momento de la suspensi´on.

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

Planificaci´on: modo monoprograma

Recursos

impresora dispositivos E/S

disco puerto USB

proceso 1 sistema operativo

11111 00000 00000 11111 0 1 00 11 0 1 00 11 0 1 00 11

0000 1111 0000 1111 11 00 0 1 00 11 0 1 00 11 0 1

CPU no usada

CPU

inicio proc. 1 CPU no usada

proceso 2

inicio proc. 2

11 00 00 11 fin proc. 1 00 11 00 11 00 11 0 1 00 011 1 00 11 011 1 00

Tiempo

Figura: Planificaci´ on en modo monoprogramaci´ on Rev: 1.22

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

Planificaci´on: modo multiprograma

Recursos E/S proc. 1

E/S proc. 1

impresora dispositivos E/S

disco puerto USB proceso 2

CPU

proceso 1 sistema operativo

inicio proc. 2

proc. 2 interrumpido por el s.o.

continúa proc. 2

11111 00000 0000 1111 00 11 00000 11111 0000 1111 00 11 fin proc. 1 00000 11111 0000 1111 00 11 00000 11111 0000 1111 00 11 00000 11111 0000 1111 00 11 0 1 00 11 00 11 0 1 0 1 00 0 1 00 11 00 11 0 1 011 1 00 11

inicio proc. 1

Tiempo

Figura: Planificaci´ on en modo multiprogramaci´ on Rev: 1.22

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

Planificaci´on: modo turno rotatorio

El modo multiprograma tiene el inconveniente de que si un proceso tiene poca E/S, monopoliza demasiado tiempo el procesador. Soluci´on: multiprogramaci´on apropiativa El distribuidor del sistema operativo puede interrumpir un proceso en ejecuci´on, apropi´andose del procesador y dando turno a otro proceso que est´e listo para ejecutarse.

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

Planificaci´on: ciclo de vida de un proceso fin, error

Nonato

Finalizado

cancelado, error distribuidor

distribuidor

Listo

fin E/S

cancelado, error

distribuidor

Activo

E/S

Bloqueado

Figura: Diagrama de estados para un proceso Rev: 1.22

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Definiciones Estructura Planificaci´ on

Memoria virtual El sistema operativo ofrece al proceso la ilusi´on de que puede utilizar toda la memoria disponible. Esto se denomina memoria virtual. En realidad, la memoria f´ısica que ocupa un proceso puede ser mucho m´as peque˜ na. El sistema operativo se encarga de mantener una tablas espec´ıficas para cada proceso mediante las cuales realiza la traducci´on de la direcci´on de memoria virtual a la direcci´on f´ısica. As´ı pueden convivir simult´aneamente en un sistema m´as procesos de los que realmente caben en la memoria f´ısica de que ese sistema dispone. Rev: 1.22

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Definiciones Aplicaci´ on a Unix/Linux

Sistema de ficheros

Concepto de fichero y directorio. Directorio de trabajo. Rutas absolutas y relativas.

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Definiciones Aplicaci´ on a Unix/Linux

Sistema de ficheros

Definici´on Abstracci´on limpia para manejar ficheros con independencia del hardware real que exista. Ejemplo Existen muchos tipos de sistemas de ficheros. Cada sistema operativo soporta unos u otros. Como ejemplo tenemos: ext4, NTFS, FAT32, ReiserFS, ISO9660, etc. Pueden convivir varios simult´aneamente en un mismo sistema.

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Definiciones Aplicaci´ on a Unix/Linux

Servicios del sistema para manejar ficheros

El sistema nos da servicios para manejar ficheros: create/open: para crear un fichero nuevo o abrir uno existente; read/write: para leer o escribir en un fichero; close: cerrar el canal de comunicaci´ on con un fichero; unlink: borra un fichero de un directorio.

Nota Los servicios de manejo de ficheros son independientes del sistema de ficheros usado.

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Definiciones Aplicaci´ on a Unix/Linux

Estructura de un ´arbol de directorios raíz

clases

informática

trabajos

física

ficheros

pelis

ice-age

shrek

Figura: Vista de la estructura de ficheros en Unix/Linux Rev: 1.22

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Definiciones Aplicaci´ on a Unix/Linux

Aplicaci´on a Unix/Linux

jerarqu´ıa de ficheros; dispositivos como ficheros (virtuales); puntos de montaje.

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Definiciones Aplicaci´ on a Unix/Linux

Dispositivos y ficheros

Para proporcionar una interfaz coherente, en Unix/Linux se accede a los dispositivos tambi´en a trav´es de ficheros. Se trata de fichero especiales, normalmente situados bajo el directorio /dev. Los servicios del sistema que se usan son los mismos que para los ficheros normales.

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Definiciones Aplicaci´ on a Unix/Linux

Puntos de montaje en el sistema de ficheros

Para aumentar el espacio disponible se pueden agregar m´as discos al sistema de ficheros existente. El nuevo disco ha de contener a su vez un ´arbol de directorios. Para hacer conocido al sistema el nuevo disco, se utiliza el concepto de punto de montaje. El punto de montaje no es m´as que un directorio del sistema original bajo el cual se monta el nuevo disco. El usuario ve que aparecen nuevos directorios y archivos bajo un directorio originalmente vac´ıo. No tiene conciencia de en qu´e disco est´a escribiendo.

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Concepto Interfaz shell

Interfaz de usuario

En todo sistema computador siempre existe al menos un proceso para cada usuario que permite a este la interacci´on con el sistema. En su forma m´as sencilla, la interfaz consiste en una consola textual donde el usuario puede teclear ´ordenes. Esas ´ordenes mandan en su mayor parte poner en ejecuci´on distintos programas que el usuario quiere utilizar. El proceso interfaz recoge esas ´ordenes, busca los programas correspondientes, los pone en ejecuci´on y dirige hacia la consola la salida que estos programas producen.

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Concepto Interfaz shell

Tipos de interfaz de usuario Existen varios tipos de interfaces de usuario, cada uno con sus ventajas y sus inconvenientes. Interfaz de l´ınea de ´ordenes: las ´ordenes se teclean sobre una terminal obedeciendo a cierta sintaxis. En la misma terminal se muestra tambi´en la salida producida. Interfaz de men´ us: el usuario selecciona las ´ordenes a partir de un elenco pre-establecido. Interfaz con iconos: las posibles ´ordenes est´an simbolizadas con iconos o figuras que se ejecutan al pulsar con el rat´on sobre ellas.

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Concepto Interfaz shell

Programa shell Se trata de un programa muy completo que funciona en modo interfaz de l´ınea de ´ordenes. El usuario teclea sus ´ordenes y el shell las manda ejecutar. Presenta varias caracter´ısticas t´ıpicas: entrada y salida est´andar; concatenaci´on de entrada/salida, ((tuber´ıas)); variables de entorno; estructura t´ıpica de un comando de l´ınea: llamada al comando, argumentos, variable de entorno PATH. algunos comandos muy b´asicos: ls -l, cd, pwd, mkdir, rmdir, ps -ef, pstree. Rev: 1.22

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