UNIDAD 1 Introducción a los sistemas operativos. Definición y concepto. 1.1 Sistema Operativo.- Colección de mecanismos de software destinados a servir de interface entre un sistema informático y sus usuarios, el cual ofrece herramientas y facilidades para simplificar las tareas de diseño, codificación, depuración, actualización, etc. Administra los recursos hardware y software que constituyen el sistema informático a explotar. Nació con la necesidad de llevar el control de quién utiliza los recursos software (usuario(s)). Componentes principales: manejo de procesos, entrada/salida, manejo de memoria y del sistema de archivos. Un sistema de computación consta de hardware, programas del sistema y programas de aplicación. 1.2 Funciones y características. Las funciones básicas de un so son: soporte para la ejecución de sw(software) de aplicación elemento de diagnóstico de hw(hardware) elemento de una red de computadoras elemento que optimiza el aprovechamiento de los recursos lógicos y físicos de un sistema de cómputo 1.3 Evolución histórica. Los primeros sistemas. En un principio sólo existía el hardware de la computadora. Las primeras computadoras eran (físicamente) grandes máquinas que se operaban desde una consola. Una sola persona programaba y operaba el equipo. Accesos por operador En 1955 se separaron las funciones informáticas: Programación, operación y mantenimiento. El operador se encarga del manejo de la máquina (cargar programas, obtener resultados, hacer respaldos, etc.) y el programador dejó de tener acceso a la computadora. Los programadores daban al operador los trabajos, éste los reunía y los ejecutaba uno tras otro y recogía los resultados entregándolos a los programadores. Otra solución: El operador agrupaba los trabajos similares en requerimientos y los ejecutaba como si fueran un bloque (todos los de cobol, todos los de fortran), así se cargaba sólo una vez el compilador. Secuencia automática de trabajos El trabajo del operador era muy rutinario y podía automatizarse. Se diseñó un programa que transfería automáticamente el control de un trabajo a otro, el monitor residente (1er sistema operativo). Al encender el equipo el control se daba al programa monitor, este lo pasaba al 1er trabajo, el cual al terminar regresaba el control al monitor, y así sucesivamente. El monitor constaba de: Secuenciador de trabajos, Memoria intérprete de tarjetas de control ($) y drivers de entrada/salida drivers

secuenciador Intérprete de tarjetas de control Programa de usuario

Mejora del rendimiento Aun quedaba mucho tiempo del cpu ocioso debido a la diferencia de velocidad entre este y los dispositivos entrada/salida que eran mecánicos. Off-Line Aparecieron las cintas magnéticas, más rápidas que las tarjetas perforadas, pero secuenciales. Entonces se perforaban los programas en tarjetas y de ahí se pasaban a una cinta, esta cinta en bloque se pasaba a

ejecución y los resultados en una nueva cinta y de ahí a la impresora. Las operaciones se hacían en dispositivos distintos lo que aumentaba la velocidad On line Lector de tarjetas->CPU->Impresora Off Line Lector de tarjetas->Unidad de Cinta->CPU->unidad de cinta->Impresora Se podían tener varias lectoras de tarjetas y unidades de cinta y mantener ocupado al CPU, la desventaja era que el usuario debía esperar a que se llenara la cinta para ser atendido. Buffering Trata de mantener ocupados tanto el CPU como los dispositivos de E/S. Los datos se leen y se almacenan en un buffer (memoria intermedia), una vez que los datos se han leído y el CPU va a iniciar la operación, el dispositivo de entrada es instruido para iniciar inmediatamente la siguiente lectura. El CPU y el dispositivo de entrada permanecen ocupados. Cuando el CPU esté libre para el siguiente grupo de datos, el dispositivo de entrada habrá terminado de leerlos. El CPU podrá empezar el siguiente proceso y el dispositivo de entrada iniciará la lectura de los datos siguientes. Para la salida, los resultados se descargan en otro buffer hasta que el dispositivo de salida pueda procesarlos. Todo depende del tamaño del buffer y de la velocidad de procesamiento CPU y los E/S. Spooling (SPOOL Simultaneous Peripheral Operation On Line) El problema con los sistemas de cintas es que una lectora de tarjetas no podía escribir sobre un extremo de la cinta mientras el CPU leía el otro. Los sistemas de disco eliminaron esa dificultad, por su acceso directo. Las tarjetas se cargan directamente desde la lectora sobre el disco. Cuando se ejecuta un trabajo sus peticiones de entrada se satisfacen leyendo el disco. Cuando el trabajo solicita la salida, ésta se escribe en el disco. Cuando la tarea se ha completado se escribe en la salida realmente. Se usa el disco como un buffer muy grande para leer por anticipado como sea posible de los dispositivos de entrada y para almacenar los archivos hasta que los dispositivos de salida sean capaces de aceptarlos. La ventaja sobre el buffering es que el spooling traslapa la E/S de un trabajo con el procesamiento de otro. Además mantiene una estructura de datos llama job spooling, que hace que los trabajos ya cargados permanezcan en el disco y el sistema operativo puede seleccionar cual ejecutar, por lo tanto se hace posible la planificación de trabajos mediante una cola por turno, tamaño o prioridad. MULTIPROGRAMACIÓN entrada/salida

Driver entrada/salida

w1 w2

libre

w3

libre

S.O. Planificador

CPU

Tipos de trabajo: Limitados por proceso: La mayor parte de su tiempo ocupan CPU

Limitados por operaciones entrada/salida: La mayor parte de su tiempo ocupan e/s

Proceso limitado por E/S

Espera e/s

El segundo tipo dio origen a la Multiprogramación.- Modo de trabajo en el que se pueden ejecutar varios programas simultáneamente aprovechando la inactividad del CPU en una operación e/s para optimizar el uso de los recursos. Surge de la imposibilidad de que con un solo trabajo se puedan tener ocupados el cpu y los entrada/salida todo el tiempo Da la impresión que todos los procesos están siendo atendidos a la vez pero son conmutados

Programa 1

Programa 2

Mono Inactividad del CPU

Mult i

Programa 1 Programa 2

Problemas: 1 El cpu debe tener reglas para ejecutar todos los trabajos 2 Se necesita administración de memoria porque será compartida por varios trabajos 3 Varios trabajos pueden necesitar el mismo recurso a la vez (concurrencia) Surge el núcleo del sistema (Kernel): rutinas para gestión de memoria, cpu y demás recursos Proceso por lotes (batch) El que no necesita la intervención del usuario en la ejecución de los trabajos. Generalmente son trabajos grandes que son solicitados y colocados en una cola FIFO, y el CPU va tomando un grupo y los ejecuta en paralelo

Lista de trabajos

Trabajos en ejecución

Tiempo Compartido El proceso por lotes no permite el diálogo entre usuario y proceso, surge la multiprogramación interactiva,

junto con las terminales interactivas (teclado-pantalla), donde el usuario ya Comp no tiene que dar todos los datos al inicio, sino darlos conforme se Central necesiten, e ir obteniendo respuesta inmediata. La organización no es por trabajos sino por sesiones. Sesión.- Conjunto de trabajos que se realizan desde que un usuario se conecta a la computadora hasta que se despide. Existe un programa llamado intérprete de comandos, que mantiene el diálogo entre usuario y sistema operativo. Características: *Interactivos *Varios usuarios * Tiempos de respuesta cortos *Gestión de archivos y memoria * Usa buffering y spooling Con estos sistemas operativos surgen utilerías para facilitar el trabajo a los usuarios, como el editor de textos. Tiempo real Sistema multiprogramado con tiempos de respuesta cortos. Se usa en aplicaciones Sistema Control dedicadas a sistemas de Compu. control con sensores como Controlado central elementos de entrada. Un sistema trabaja en tiempo real si el tiempo de respuesta Sensor permite controlar el medio sobre el que opera. Tiene su uso en el control de procesos industriales Características: *Tiempo de respuesta en ms *Información actualizada constantemente *El sistema está dedicado a responder a eventos de entrada Proceso distribuido Compu1 Interconexión de computadoras compartiendo un mismo almacenamiento para el intercambio de información. Cada computadora cuenta con interfaz, memoria y cpu. Comp3 Multiproceso Han surgido aplicaciones muy demandantes donde Compu2 un solo cpu no es capaz de procesar la información en tiempo. Se hizo necesaria la descomposición de los algoritmos en subalgoritmos más sencillos y que puedan tratarse con cierta independencia. Al final se conjuntan los datos obteniendo el resultado final. Los subalgoritmos pueden trabajar en paralelo. Una sola computadora puede tener varios cpu’s, ahorrando tiempo. Su sistema operativo es complejo ya que debe administrar más de un cpu y repartir los trabajos equilibradamente optimizando el proceso global.

cpu1

cpu2

cpu3

cpu4

e/s Memoria

Sistema operativo Trabajos de Planificador Usuario Coordinador De cpu’s Cpu 1

Cpu 2

Cpu 3

Cpu 4

Comparación entre monoprocesador y multiprocesador

a b

c d

mono

1 cpu

multi d

d c

c

b

c

b

a

b

a

c b

b b

a

t1

t2

4 cpu’s d c b a t3

t3