Sistemas Operativos (B 2) PDF

Preview

Summary

tema 2...

Description

SISTEMAS OPERATIVOS

Arquitectura básica del computador

Maquina desnuda Ordenador carente de sistema operativo, sin software instalado, solo el hardware. El hardware sólo es capaz de ejecutar programas en código máquina.

Funcionamiento de un computador Ejecución de un programa en código máquina: 1.

Lectura de la instrucción del programa.

2.

Interpretación de la instrucción leída.

3.

Lectura de los operandos de la memoria principal.

4.

Ejecución de la instrucción.

5.

Almacenamiento del resultado de la instrucción.

6.

Vuelta al paso 1.

Necesidades de un Sistema Operativo Unp r o c e s oe su n



Tener un entorno de trabajo en el computador para lanzar nuestros programas (gestión pr o g r a ma procesos), manejar ficheros… e j e c u t á n d o s e .



i v e r : p r o g r a maq u e Ejecutar varios procesos de forma simultánea, compartiendo los recursos del computador: Dr c o n t r o l ac a d a memoria, cpu, sistema de ficheros,… d i s p o s i t i v o .



Múltiples usuarios que utilicen el sistema (gestión de seguridad), posiblemente de forma concurrente.



Escribir programas en lenguajes de alto nivel y compilarlos.



Uso de dispositivos de entrada/salida (gestión de entrada/salida). Ejemplo: Drivers para cada tipo de teclado, disco, GPU,…

1

SISTEMAS OPERATIVOS

Definiciones de Sistema Operativo (S.O) S.O. como administrador de recursos (Definición_1) 

Es un Software que gestiona los recursos del computador (CPU, memoria, almacenamiento…) y proporciona al usuario un entorno de trabajo para ejecutar programas (en forma de procesos). o Asigna recursos y los recupera cuando dejan de ser utilizados.  Los procesos usan los recursos existentes (cpu, memoria, espacio en disco…).  El S.O. sabe qué recursos están siendo usados por cada proceso.  El S.O. se encarga de la asignación de recursos.  El S.O. se encarga de recuperar los recursos dejen de estar en uso.



Permite ejecutar programas, gestiona sus operaciones de entrada/salida, accesos a los sistemas de ficheros, y también los errores que puedan producirse.

S.O. como máquina extendida (Definición_2) 

El S.O. oculta los detalles de la programación a bajo nivel al usuario y muestra una interfaz de uso común (Librerías con llamadas al sistema para operaciones de E/S). 1. El usuario no necesita saber cómo se almacenan los datos físicamente en un disco. 2. El S.O. dispone de llamadas al sistema que el usuario podrá invocar (open, read, write, close,…)  Ejemplo: Leer un fichero en un S.F. NTFS o en un S.F. EXT4 es transparente al programador (aunque el S.O. necesita conocer cómo es el formato de cada s.f. para saber cómo acceder a los diferentes tipos de s.f.)  A su vez, el controlador de dispositivo (ej. disco) sigue un protocolo de comunicación con el S.O. para que el S.O. pueda almacenar/obtener datos en él (usa un device driver).



Actúa como interfaz entre el hardware y las aplicaciones que ejecuta un usuario.

P.ej. un editor de texto que quiere abrir/leer un fichero de disco: 1.

El programa llama al sistema del S.O. para abrir el fichero (open). El sistema operativo comprueba que exista, que el usuario tenga permisos, etc.

2.

El programa llama al sistema para leer su contenido (read).

3.

El sistema operativo mira si esos datos ya están en memoria (buffer caché), si no están interactúa con el controlador del dispositivo (usando device driver de disco) para realizar la transferencia de datos a memoria.

4.

Cuando el controlador de disco haya terminado la transferencia, avisa al sistema operativo mediante una interrupción.

5.

El S.O. permite que el editor de texto pueda continuar su ejecución.

S.O. como programa (Definición_3) 

S.O. como: o Conjunto de “estructuras” que almacenan información relativa a los objetos que gestiona:  Recursos físicos: CPU, dispositivos (disco, impresora) …  Recursos lógicos: Usuarios, procesos, sistemas de ficheros... o Conjunto de “programas”, que permiten gestionar los recursos y asignar de forma eficiente los recursos físicos a los recursos lógicos. (ej: sistema ficheros  disco) 2

SISTEMAS OPERATIVOS FILE *F= fopen (“file.txt”,”w”)  escribe datos en bloque X fwrite(datos, F) de disco. (el s.f. indicará lugar)

COMPONENTES DE UN S.O 1.Gestión de procesos 

Un proceso se puede ver como un programa en ejecución.



Tarea primordial del S.O. es la ejecución programas.



Los procesos consumen recursos: o

Memoria: El programa (instrucciones) y sus datos están en la memoria principal.

o

Tiempo en CPU para ejecutarse.



Pueden ejecutarse varios procesos a la vez*.



Servicios: o

Crear y eliminar procesos del sistema (fork, kill)

o

Ejecutar, suspender, reanudar procesos. (sleep, kill -CONT)

o

Cambiar ejecutable de un proceso (execv)

o

Gestión prioridad procesos (nice)

L aCPUe j e c u t au n s o l op r o c e s oq u e a l t e r n ae nc o r t o s p e r i o d o sd et i e mp o d a n d ol as e n s a c i ó nd e q u ee j e c u t ap r o c e s o s e np a r a l e l o .

2.Gestión de memoria 

S.O. asigna memoria a procesos para crear su imagen en memoria (Asignar memoria solicitada y liberarla cuando los procesos lo soliciten (control memoria libre)).



Tratar los errores de acceso a memoria (protección: un proceso no puede interferir en la ejecución de otro)



Comunicación y compartición memoria entre procesos.



Gestión de la jerarquía de memoria y tratamiento de los fallos de página.



Servicios: o

Solicitar memoria (malloc)

o

Liberar memoria (free)

o

Compartir memoria (shmget,…).

3.Comunicación y sincronización entre procesos Procesos pueden colaborar en la realización de una tarea. Para ello, deben: 

Poder comunicarse entre sí para transmitir datos y órdenes. 3

SISTEMAS OPERATIVOS 

Sincronizarse en la ejecución de sus acciones.

Servicios comunicación 

Crear tuberías/pipes, memoria compartida, sockets



Enviar o recibir datos (write/read)

Servicios sincronización 

Si dos o más procesos quieren acceder a un recurso compartido (P.ej. impresora) sólo uno lo puede utilizar y el otro espera.

4.Gestión de E/S (entrada/salida)

Di s p o s i t i v o s p e r i f é r i c o s : d i s p o s i t i v o s e x t e r n o st a l e sc o mo i mp r e s o r a s , e s c á n e r , f a x , a l t a v o c e s …

El S.O. lleva la gestión de los dispositivos periféricos. Objetivos: 

Facilitar su manejo. Interfaz genérica, sencilla y fácil de utilizar. Debe gestionar los errores que puedan surgir del uso de un periférico.



Facilitar acceso eficiente a dispositivos de almacenamiento.



Garantizar protección de E/S. Evita el acceso no autorizado a dispositivos periféricos . Un programa de usuario no puede interactuar con los dispositivos de E/S directamente.



Ha de gestionar: terminales, dispositivos de almacenamiento 2ario y 3ario, tarjetas de red,…

Servicios: 

Orientados a la lectura/escritura de datos en el periférico.



Independientes del tipo de dispositivo. • Ej. Read/write  escribir leer datos en un teclado.

5.Gestión de almacenamiento secundario: ficheros y directorios La gestión del almacenamiento secundario incluye: la organización del almacenamiento en Sistemas de ficheros y provee una visión lógica (para los usuarios) con ficheros y directorios.  

Los ficheros: tienen un nombre y almacenan N bytes de datos. Los directorios: son contenedores de ficheros y subdirectorios. Existe una jerarquía de directorios que permiten organizar los ficheros y directorios bajo una determinada ruta.

4

SISTEMAS OPERATIVOS El sistema operativo maneja una visión física de ficheros y directorios que incluye detalles relativos a cómo se proyectan dichos ficheros y directorios. 



Para ficheros: Los datos se organizan en bloques, en disco. Es necesario conocer cuáles son, y en qué orden están para acceder a ellos. Además, se guardan datos como su tamaño, el propietario, permisos, fecha de creación, etc. Un directorio contiene entradas de directorio. Éstas, al igual que los datos de un fichero, también se organizan en bloques en disco. Las entradas de directorio permiten acceder a la descripción física de fichero/directorio que corresponda.

6.Seguridad y protección  

Seguridad o Evitar la pérdida de “bienes” (datos). o Controlar su uso (privacidad datos, utilización equipamiento). Protección Evitar el uso indebido de recursos del computador o Memoria. Un proceso no puede acceder a la memoria de otro proceso. o CPU. (el reloj evita que un proceso se apropie de la cpu) o E/S. Un usuario no puede “por su cuenta” realizar E/S. Así protegemos los dispositivos físicos.

El r e l oj i nt e r noe su n c o mp o n e n t ed e l mi c r o p r o c e s a d o r q u e e mi t eu n as e r i ed e p u l s o se l é c t r i c o sa i n t e r v a l o sc o n s t a n t e s l l a ma d o sc i c l o s , e s t o s c i c l o sma r c a ne l r i t moq u eh ad e s e g u i r s ep a r ar e a l i z a r c a d ap a s od eu n a i n s t r u c c i ó n .

Aspectos que considerar:  Autenticación (login/pass). Verificar identidad de 1 usuario.  Privilegios. Operaciones que cada usuario puede realizar sobre un recurso dado. El SO. Debe apoyarse en mecanismos hardware que le permitan vigilar si cada operación está permitida o no.

Sistemas operativos (Familias) o

o

o o

Windows: (Ms)  DOS + Windows 3.1x  Windows 95, 98, Me, 2000, Xp, Vista, 7, 8, 10  NT, 2000server, 2003server, 2008, 2012, 2016, 2019 Familia Unix: Partieron de una raíz común y siguieron caminos separados.  Linux (Debian, Ubuntu, Suse, Red Hat,…)  Solaris/SunOs  Free BSD, … Mac OsX, iOs (Apple Inc.)  Basado en Unix (BSD, sigue interface POSIX) Android (Google)  Basado en kernel linux 2.6 (Android 4.0x se basa en linux 3.0)

Partes de un Sistema Operativo 

Un núcleo o kernel: constituye el elemento central del S.O y contiene las instrucciones básicas (arrancar el computador, iniciar servicios básicos, realizar la interfaz con el hardware (gestión



Aplicaciones orientadas al usuario (entorno):

de E/S), gestionar procesos, memoria…)

5

SISTEMAS OPERATIVOS



o Intérprete de comandos (shell) o interfaz gráfico para ejecutar programas. o Un editor de textos, un navegador web, reproductor multimedia... Aplicaciones que dan soporte a otras aplicaciones cliente (arquitectura cliente/servidor): o Un servidor web o Un servidor Ftp o Un Sistema Gestor de Bases de Datos o …

6...