Sistemas Operativos Unidad I Introducción Ciclo Escolar 2013-2014B.

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1 Sistemas Operativos Unidad I Introducción Ciclo Escolar 2013-2014B

2 Introducción  Concepto, historia y evolución  Clasificación y estructura Casos de estudio  Arranque y activación Ciclo Escolar 2013-2014B

3 Concepto, historia y evolución  Definiciones: El software y/o firmware que hace utilizable al hardware [Deitel]. Es un programa que controla la ejecución de los programas de aplicación y que actúa como interfaz entre los usuarios y el hardware [Satllings]. Es un programa que actúa como intermediario entre el usuario y el hardware. El primer objetivo es la comodidad, el segundo la eficiencia [Silberschatz]. Es un programa que tiene encomendada una serie de funciones diferentes cuyo objetivo es simplificar el manejo y utilización de la computadora, haciéndolo seguro y eficiente [Carretero]. Ciclo Escolar 2013-2014B

4 Concepto, historia y evolución … (2)  Se puede considerar que un S.O. tiene tres objetivos: Comodidad.  Hace que un sistema informático sea más fácil y cómodo de utilizar, al funcionar como una interfaz entre el usuario y el hardware, presentando una cara amistosa y sencilla. Eficiencia.  Administrar los recursos del sistema informático de forma eficiente. Dichos recursos pueden ser físicos (procesador, memoria principal, periféricos, etc.) o lógicos (archivos, puertos de comunicación, etc.). Capacidad de evolución.  El S.O. debe construirse de modo que permita el desarrollo efectivo, la verificación y la introducción de nuevas características al sistema y, a la vez, no interfiera con los servicios que brinda. Ciclo Escolar 2013-2014B

5 Concepto, historia y evolución … (3)  Jerarquía de elementos en una computadora  Vistas de un sistema operativo El sistema operativo como gestor de recursos. El Sistema operativo como una máquina extendida. El sistema operativo como una interfaz de usuario. Hardware del computador (PC, Mac, Sun, …) Hardware del computador (PC, Mac, Sun, …) Sistema Operativo (Windows, Linux, Mac OS X) Sistema Operativo (Windows, Linux, Mac OS X) Utilidades (Shell, Ensamblador, Enlazador, bibliotecas, …) Utilidades (Shell, Ensamblador, Enlazador, bibliotecas, …) Programas de aplicación ( Resuelven problemas para los usuarios) (Word, Excel, …) Programas de aplicación ( Resuelven problemas para los usuarios) (Word, Excel, …) Usuario Final Programador Diseñador del Sistema Operativo Ciclo Escolar 2013-2014B

6 Concepto, historia y evolución … (4)  El sistema operativo como gestor de recursos. Asigna recursos  Se encarga de asignar los recursos a los programas en ejecución en función de la disponibilidad de estos y la prioridad de los programas.  También tiene que recuperar los recursos asignados cuando los programas ya no los necesiten.  Los recursos pueden ser físicos o lógicos. Protege  Tiene que asegurar la confidencialidad de la información y que los trabajos no interfieran entre sí por los recursos asignados. Hace contabilidad  Mide la cantidad de recursos, que a lo largo de su ejecución, utiliza cada programa. Bitácoras y Monitorización Ciclo Escolar 2013-2014B

7 Concepto, historia y evolución … (5)  El Sistema operativo como una máquina extendida. Ofrece a los programas un conjunto de servicios, o llamadas al sistema, que pueden solicitar cuando lo necesiten. Los servicios se pueden agrupar en cuatro clases:  Ejecución de programas. El S.O. incluye servicios para lanzar a ejecución, parar o abortar un programa.  Órdenes de E/S. Servicios para proveer a los programas de operaciones de lectura, escritura y modificación del estado de los periférico, de forma cómoda y protegida.  Operaciones sobre archivos. Es un nivel de abstracción mayor que las órdenes de E/S. Estos servicios permiten: creación, borrado, apertura, escritura y lectura de archivos.  Detección y tratamiento de errores. El S.O. debe tratar todas las condiciones de error que detecte el hardware. Algunos de los errores que pueden aparecer son provocados por la E/S y otros por la ejecución de los programas. Ciclo Escolar 2013-2014B

8 Concepto, historia y evolución … (6)  El sistema operativo como una interfaz de usuario. Permite que los usuarios dialoguen de forma interactiva con el sistema. El dialogo puede ser a través de:  Interfaz de Texto. Se conoce como shell o intérprete de mandatos. Espera que el usuario teclee una orden en el shell. Después la analiza y si es válida la ejecuta. Una vez que esta concluye retorna a la espera.  Interfaz grafica. Existen elementos gráficos para comunicarse con el S.O. (botones, menús, iconos, etc.). Espera por eventos generados por el ratón y el teclado. Valida el evento y lo ejecuta. Una vez ejecutado retorna a la espera de más eventos. La próxima interfaz será hardware!! Ciclo Escolar 2013-2014B

9 Concepto, historia y evolución … (7)  Los S.O. han estado evolucionando a través de los años. Su historia y desarrollo esta ligado con las generaciones de computadoras. Prehistoria (años cuarenta).  Prácticamente sin S.O.  Procesamiento en serie. Primera generación (años cincuenta).  Procesamiento por lotes Segunda generación (años sesenta)  Multiprogramación y tiempo compartido. Tercera generación (años setenta)  Sistemas de propósito general y multimodo de operación. Cuarta generación (años ochenta hasta la actualidad)  Proceso distribuido.  Se difunde el concepto de máquina virtual. Ciclo Escolar 2013-2014B

10 Concepto, historia y evolución … (8)  Prehistoria (años cuarenta) Máquinas como la ENIAC o la EDVAC. No existía un S.O. La interacción se daba directamente con el hardware. El usuario debía codificar su programa en código máquina, introducirlo mediante tarjetas perforadas y recibir la salida de forma impresa. El procesamiento se dice que se realiza en serie por que refleja el hecho de que los usuarios tenían que acceder en serie al computador. Con el paso del tiempo, para hacer más eficiente el proceso en serie, se desarrollaron bibliotecas de funciones comunes, montadores, cargadores, depuradores, etc. ENIAC EDVAC Ciclo Escolar 2013-2014B

11 $END $RUN $LOAD $FTN Concepto, historia y evolución … (9)  Primera generación (años cincuenta) Procesaban un único flujo de trabajos en lotes. Disponían de un conjunto de rutinas de E/S. Permitían la recuperación del sistema si un trabajo acababa en error. Tenían un lenguaje de control de trabajos que permitía especificar los recursos a utilizar y las operaciones a realizar por cada trabajo. El software principal del S.O. se denominaba monitor, y era el que controlaba la secuencia de sucesos. Tratamiento de interrupciones Controlador de Dispositivos Secuenciamiento de trabajos Intérprete del Lenguaje de Control Zona del Programa del Usuario Monitor Disposición de la memoria $JOB Programa a compilar Datos del programa Paquete de tarjetas para un sistema sencillo de por lotes Ciclo Escolar 2013-2014B

12 Concepto, historia y evolución … (10)  Segunda generación (años sesenta) La multiprogramación se impuso en sistemas de lotes como una forma de aprovechar el tiempo empleado en las operaciones de E/S. Se construyen los primeros multiprocesadores. Se introduce el concepto de independencia de dispositivos. Comienzan los sistemas de tiempo compartido. Aparecen los primeros sistemas de tiempo real. Ejecutar Esperar E/S Tiempo Monoprogramación Solo un programa en ejecución a la vez Ejecutar A Ejecutar A Tiempo Ejecutar B Ejecutar B Multiprogramación Más de un programa en ejecución a la vez Esperar E/S Ciclo Escolar 2013-2014B

13 Concepto, historia y evolución … (11)  Tercera generación (años cincuenta) Es la época de los sistemas de propósito general y se caracterizan por ser sistemas multimodo, capaces de operar:  Por lotes  Multiprogramación  En tiempo real  En tiempo compartido  En modo multiprocesador Estos S.O. interpusieron entre el usuario el hardware una gruesa capa de software y ya no había que preocuparse por la circuitería. Los inconvenientes fueron:  Un complejo lenguaje de control  Consumían muchos recursos. Aparece sistemas de gran difusión principalmente el UNIX. Este sistema fue el primero en codificarse en un lenguaje de alto nivel, el C. Ciclo Escolar 2013-2014B

14 Concepto, historia y evolución … (12)  Cuarta generación (años ochenta ¿hasta la actualidad?) Los S.O. tienden a dar más importancia a la productividad del usuario que al rendimiento de la máquina. Se hace masivo el uso de la PC y aparecen los sistemas “amistosos” (se añade un gestor de ventanas). Adquieren también más importancia las redes de computadoras y surge el proceso distribuido. Surgen interfaces de programación estándar  POSIX  Win32 Ciclo Escolar 2013-2014B

15 Concepto, historia y evolución … (13)  Actualmente existe una gran diversidad de sistemas operativos. Los que se consideran como de amplia difusión en PC son: Los sistemas tipo Unix (Linux, Mac OS X) y los sistemas Windows (Microsoft). Cada uno de ellos tiene su historia y desarrollo, con cada nueva versión se intenta mejorar la comodidad y la eficiencia. Ciclo Escolar 2013-2014B

16 Concepto, historia y evolución … (14)  Cuál es mejor? http://hanggeek.wordpress.com/2008/03/18/batalla-de-sistemas-operativos/ ? Ciclo Escolar 2013-2014B

17 Concepto, historia y evolución … (15)  ¿Cuál SO móvil es el más utilizado? Ciclo Escolar 2013-2014B

18 Concepto, historia y evolución … (16)  ¿Qué equipo se usa más para navegar? Ciclo Escolar 2013-2014B

19 Clasificación y estructura  Existen diversas clasificaciones desde distintos puntos de vista para los sistemas operativos. Clasificación de los Sistemas Operativos Por el número de usuarios Monousuarios Multiusuarios Por el número de tareas Monotareas Multitareas Por el número de procesadores Uniproceso Multiproceso Simétricos Asimétricos Por el propósito Específico General Por el tipo de diseño Monolíticos Abiertos Modulares Por capas Micronúcleo Máquinas virtuales Por el tipo de desarrollo Cerrado Ciclo Escolar 2013-2014B

20 Clasificación y estructura … (2)  Los componentes del sistema operativo se pueden clasificar de la siguiente forma: Básicos:  Gestor de procesos  Gestor de memoria  Gestor de E/S y almacenamiento secundario Servidores:  Servidor de archivos  Servidor de protección y seguridad Utilidades:  Interprete de comandos  Programas del sistema Ciclo Escolar 2013-2014B

21 Clasificación y estructura … (3)  Gestor de procesos Un proceso es un programa en ejecución que consume recursos (memoria, archivos, etc.) El SO debe gestionar lo siguiente de los procesos:  Creación y destrucción.  Suspensión y reanudación.  Asignación de los recursos al proceso.  Mecanismos de comunicación y sincronización  Gestor de memoria La memoria se visualiza como un vector enorme de bytes (direcciones) y es compartida por el CPU y dispositivos de E/S. El SO debe gestionar lo siguiente:  Qué partes están en uso y quién las esta ocupando.  Qué procesos se deben cargar y dónde.  Asigna y libera espacio cuando se requiere  Gestiona la memoria virtual Ciclo Escolar 2013-2014B

22 Clasificación y estructura … (4)  Gestor de E/S El SO debe encargarse de gestionar los distintos dispositivos de E/S: terminales, dispositivos de almacenamiento secundario y terciario, teclado, etc. El SO gestiona, entre otras cosas:  Copiado de memoria hacia y desde el controlador.  Controla transferencias por DMA  Planificación de acceso a los discos  Asignación y liberación de espacio en los dispositivos de almacenamiento secundario  Servidor de Archivos y directorios El archivo es visto como una unidad de almacenamiento lógico no volátil que agrupa un conjunto de información relacionada entre sí bajo un mismo nombre. Los directorios son objetos que relacionan de forma unívoca un nombre con un archivo. Es decir un mismo nombre no puede identificar dos archivos. El SO gestiona lo siguiente respecto a los archivos y directorios:  Creación, apertura, cerrado, borrado y leer archivos y directorios, así como escritura de archivos. Ciclo Escolar 2013-2014B

23 Clasificación y estructura … (5)  Servidor de protección y seguridad Por el lado de la protección se debe:  Controlar el acceso a los recursos por parte de los procesos (usuarios)  Distinguir entre el uso autorizado y no autorizado para acceder a un recurso.  Proporcionar métodos de control de acceso. Por el lado de la seguridad:  Proteger al sistema de un uso indebido (fraudulento).  Autentificar a los usuarios.  Evitar amenazas al sistema (gusanos, virus, piratas, etc.)  Evitar intercepción de comunicaciones (cifrado, etc.)  Intérprete de comandos Programa cuya función es obtener los comandos del usuario y lanzar su ejecución. Existen básicamente dos tipos:  Intérprete de comandos en línea (shell Linux)  Interfaz gráfico de usuario (Windows) Ciclo Escolar 2013-2014B

24 Clasificación y estructura … (6)  Programas de sistema Proporcionan un entorno adecuado para el desarrollo y ejecución de programas. Existen diversas categorías:  Manipulación de archivos y directorios: copiar, mover, renombrar, etc.  Información de estado: monitores, bitácoras.  Programación: compiladores, enlazadores, ensambladores, bibliotecas, etc.  Carga y ejecución: cargador.  Comunicaciones: ssh, sftp, etc.  Aplicaciones: navegadores, editores, etc. Ciclo Escolar 2013-2014B

25 Clasificación y estructura … (7)  Metodologías de diseño de sistemas operativos La metodología empleada en el diseño de la estructura permite abordar la complejidad de los SO de distintas formas. Los objetivos de diseño en un SO son:  Para el usuario Fácil de usar, fiable, seguro, potente y sencillo.  Internamente Fácil de implementar y mantener Flexible, fiable, eficiente y estar libre de errores  Diferenciar claramente entre: Mecanismos: qué cosas se pueden hacer. Políticas: criterios para decidir que hacer. Ciclo Escolar 2013-2014B

26 Clasificación y estructura … (8)  Núcleo (kernel) El núcleo o kernel es la parte fundamental del SO. Es el código responsable de controlar y administrar los servicios y peticiones de recursos y hardware con respecto a uno o varios procesos.  Para esquematizar las estrategias de diseño se suele mostrar el SO como una serie de niveles partiendo del hecho de que el kernel esta directamente en contacto con el hardware. Ciclo Escolar 2013-2014B

27 Clasificación y estructura … (9)  Niveles de un sistema con kernel monolítico. Es la organización más común, no tiene una estructura bien clara y definida. Todos sus componentes se encuentran integrados en un único programa (el SO). Normalmente han surgido de SO pequeños y fueron haciéndose más grandes debido a su popularidad (MS-DOS, UNIX en sus orígenes). El problema que plantean estos sistemas radica en lo complicado que es modificar el SO para añadir nuevas funcionalidades y servicios. Además no existe el principio de ocultación de la información. Hardware Núcleo Gestor de procesos Gestor de E/S Gestor de memoria Controladores Programas de Sistema Shell Aplicaciones de Usuario Servicios y llamadas al sistema Ciclo Escolar 2013-2014B

28 Clasificación y estructura … (10)  Niveles en un sistema con diseño modular. El núcleo esta dividido en módulos con interfaces y funcionalidades claramente definidas. Son sistemas altamente estructurados y modulares donde se pueden sustituir componentes por otros con el mismo interfaz (controladores, manejo de archivos, etc. Estos sistemas se consideran como de kernel monolítico hibrido debido a la capacidad de cargar y descargar los controladores y extensiones del sistema mientras el sistema continúa trabajando sin ser interrumpido. Hardware Núcleo Programas de Sistema Shell Aplicaciones de Usuario Interfaz de llamadas al sistema Gestor de E/S Gestor de Procesos Gestor de Memoria Controladores de disp por flujo Controladores de disp por bloques Facilidades Comunes Ciclo Escolar 2013-2014B

29 Clasificación y estructura … (11)  Sistemas estructurados en capas El sistema se organiza en una jerarquía de capas, donde cada capa ofrece una interfaz clara y bien definida a la capa superior y solamente utiliza los servicios que ofrece la capa inferior. La principal ventaja de estos sistemas es la modularidad y ocultamiento de la información. La desventaja es que una orden tiene que pasar por varias capas antes de ser ejecutada. Kernel (Administración del CPU) Gestor de Memoria Gestor de Procesos Gestor de E/S Interfaz de Llamadas al Sistema Aplicaciones de usuario Ciclo Escolar 2013-2014B

30 Clasificación y estructura … (12)  Sistemas con micronúcleo Consiste en implementar la mayor parte de los servicios y funciones del sistema operativo en procesos de usuario, dejando solo una pequeña parte del SO ejecutándose en modo núcleo. A la pequeña parte que del SO que se ejecuta en modo núcleo se le conoce como micronúcleo y a los procesos que ejecutan el resto de las funciones se les denomina servidores. La desventaja radica en que una llamada puede necesitar muchos mensajes entere los distintos servidores. Hardware Micronúcleo API Aplicaciones de Usuario Servidor de Memoria Servidor de Procesos Servidor de E/S Ciclo Escolar 2013-2014B

31 Clasificación y estructura … (13)  Máquina virtual El corazón del sistema, conocido como monitor de la máquina virtual, se ejecuta directamente en el hardware y realiza la multiprogramación, presentando no una, sino varias máquinas virtuales al usuario donde cada máquina virtual puede estar ejecutando un SO diferente. La máquina virtual que se presenta al usuario pretende ser idéntica a la que en realidad se tiene. Sin embargo no es sencillo lograr duplicados exactos. Compartir recursos se torna complicado. Estos principios se utiliza para emular SO sobre otros SO y en Sistemas Distribuidos. Hardware Monitor de Máquina Virtual Núcleo 1Núcleo 2Núcleo 3 Aplicaciones De Usuario Llamadas al Sistema Aplicaciones De Usuario Llamadas al Sistema Aplicaciones De Usuario Llamadas al Sistema Ciclo Escolar 2013-2014B

32 Casos de estudio (Unix/Linux) Hardware  Estructura general de un sistema Unix/Linux Hardware Núcleo Interfaz de Llamadas al Sistema Shell Comandos y Librerías Programas de Aplicación Componentes del compilador Compilador Ciclo Escolar 2013-2014B

33 Casos de estudio (Unix/Linux) … (2) Hardware Control del hardware Controladores de dispositivos CaracterBloque Buffer cache Subsistema de Archivos Sistema de control de procesos Comunicación entre procesos Planificador Gestor de memoria Interfaz de llamadas al sistema Librerías Programas de usuario Nivel Hardware Nivel Kernel Nivel Usuario  Diagrama de bloques del núcleo Unix/Linux Adaptado de Unix. Programación avanzada Ciclo Escolar 2013-2014B

34 Casos de estudio (Unix/Linux) … (3)  Vista particionada del kernel Tomado de Linux device drivers 2ª Ed. Ciclo Escolar 2013-2014B

35 Casos de estudio (Unix/Linux) … (4)  Subsistema de archivos Controla los recursos del sistema de archivos, tiene funciones como:  Reservar espacio para los archivos.  Administrar el espacio libre  Controlar el acceso a los archivos  Permitir el intercambio de datos entre los archivos y el usuario. Los procesos interaccionan con el subsistema de archivos a través de unas llamadas específicas (open, read, write, status, etc). Se comunica con los dispositivos de almacenamiento secundarios a través de los controladores de dispositivos. Se consideran dos tipos según el acceso: bloques y caracteres. Un mismo dispositivo puede ser manejado en modo bloque o en modo carácter, depende del controlador que se este usando.  Subsistema de control de procesos Es el responsable de la planificación de los procesos, su sincronización, comunicación entre los mismos y del control de la memoria principal. Ciclo Escolar 2013-2014B

36 Casos de estudio (Unix/Linux) … (5)  El módulo de gestión de memoria Se encarga de controlar qué procesos están cargados en la memoria principal en cada instante. Cuando no hay memoria suficiente se recurre al swaping (intercambio).  El planificador Se encarga de gestionar el tiempo del CPU que tiene asignado cada proceso. Entra en ejecución cada cuanto de tiempo y decide si el proceso actual tiene derecho a seguir ejecutándose o a de conmutarse de contexto.  La comunicación entre procesos Puede realizarse de forma asíncrona (señales) o síncrona (colas de mensajes, semáforos).  El módulo de control de hardware Es la parte del kernel encargada del manejo de las interrupciones y de la comunicación con la máquina. Ciclo Escolar 2013-2014B

37 Casos de estudio (Windows)  Arquitectura simplificada de Windows (NT) Modo Kernel Modo Usuario Capa de Abstracción de Hardware (HAL) Kernel Controladores de Dispositivos Ejecutor Sistema de Ventanas y Gráficos Procesos de Soporte del Sistema Subsistema de DLL’s Procesos de Servicio Aplicaciones de Usuario Subsistemas de Ambiente Ciclo Escolar 2013-2014B

38 Casos de estudio (Windows) …(2)  Modo Kernel Capa de Abstracción de Hardware (HAL)  (1) Separa al kernel, los controladores de dispositivos y al administrador del hardware, y (2) Oculta las diferencias específicas de hardware, (tarjetas madre x86, MIPS, PowerPC, y otras). Kernel  Se encarga entre otras cosas de: (1) Las funciones del S. O. a bajo nivel, (2) Sincronización de múltiples microprocesadores, y (3) Administración de hilos. Controladores de dispositivos  Traducen las llamadas de Entrada/Salida provocadas por el usuario en la información específica que los dispositivos de Entrada/Salida requieren. Ejecutor  Son los servicios del sistema operativo de base, se encarga, entre otras cosas de: (1) El manejo de memoria, (2) Manejo de procesos e hilos, (3) Seguridad, (4) Entrada/Salida, (5) Comunicación entre procesos. Sistema de ventanas y Gráficos.  Funciones de la Interfaz Gráfica de Usuario (GUI), Ventanas, Controles para la GUI y trazado. Ciclo Escolar 2013-2014B

39 Casos de estudio (Windows) …(3)  Modo Usuario Procesos de soporte del sistema  Entre otras cosas, tiene las tareas de: (1) Acceso al sistema (nombre de usuario y contraseña) y (2) Administrar la sesión. Procesos de servicio  Son servicios anfitriones de Windows, como: (1) El planificador de tareas, (2) Servicios de Spooler (ej. Impresión). Y muchas otras aplicaciones servidor de Windows. Subsistema de DLL’s (Librerías de Enlace Dinámico)  Traduce de una función documentada a una llamada interna del sistema Windows apropiada (no documentada). Subsistemas de Ambiente  Maneja los procesos del cliente en su mundo. Windows API (originalmente de 32 bits, ahora de 64 bits) POSIX (escasos servicios Unix) Ciclo Escolar 2013-2014B

40 Casos de estudio (Windows) …(4)  MS-DOS, Windows 95, 98 y ME (16 bits) sobre Windows XP (32 bits). Windows corre una Máquina DOS Virtual NT (NTVDM.EXE), la cual es una imagen Windows de 16 bits montada sobre el Subsistema de DLL’s. En realidad CMD.EXE es una aplicación de consola de Windows. Para aplicaciones de 16 bits NTVDM carga “WOW”, un traductor de API de 16 a 32 bits. Modo Kernel Modo Usuario Capa de Abstracción de Hardware (HAL) Kernel Controladores de Dispositivos Administrador Sistema de Ventanas y Gráficos Procesos de Soporte del Sistema Subsistema de DLL’s Procesos de Servicio Aplicaciones de Usuario Subsistemas de Ambiente Aplicación MS-DOS Aplicación de 16 bits Emulación MS-DOS Memoria Extendida de MS-DOS Emulación de MS-DOS a 32 bits Controladores de dispositivos Virtuales (COM, LPT, Teclado) Subsistema de DLL’s 0 K 640 K 1 MB 16 MB 16 bits 32 bits 7FFFFFFF Ciclo Escolar 2013-2014B

41 Casos de estudio (Windows) …(5) hardware interfaces (buses, I/O devices, interrupts, interval timers, DMA, memory cache control, etc., etc.) System Service Dispatcher Task ManagerExplorer SvcHost.ExeWinMgt.ExeSpoolSv.Exe Service Control Mgr. LSASS Object Mgr. Windows USER, GDI File System Cache I/O Mgr User Application Subsystem DLLs System ProcessesServicesApplications Original copyright by Microsoft Corporation. CRK. User Mode Kernel Mode Device & File Sys. Drivers WinLogon Session Manager Services.Exe POSIX Windows DLLs Plug and Play Mgr. Power Mgr. Security Reference Monitor Virtual Memory Processes & Threads Local Procedure Call Graphics Drivers Kernel Hardware Abstraction Layer (HAL) (kernel mode callable interfaces) Configura- tion Mgr (registry) OS/2 Windows System Threads NTDLL.DLL Ciclo Escolar 2013-2014B

42 Casos de estudio (Linux/Windows)  Al final del día, en la práctica, ambos se pueden clasificar como monolíticos: Todo el núcleo del sistema operativo y sus servicios se ejecutan en un espacio de direcciones compartido y en modo kernel. El núcleo y los servicios forman parte de un módulo  En Linux: vmlinuz  En Windwos: ntoskrnl.exe  La interfaz gráfica de usuario se maneja diferente En Windows es un subsistema del kernel En Linux se maneja en modo usuario Device Drivers Process Management, Memory Management, I/O Management, etc. Win32 Windowing Application System Services User Mode Kernel Mode Hardware Dependent Code Windows Device Drivers Process Management, Memory Management, I/O Management, etc. X-Windows Application System Services User Mode Kernel Mode Hardware Dependent Code Linux Ciclo Escolar 2013-2014B

43 Casos de estudio (Linux/Windows) … (2)  También es modular por: Opciones en tiempo de compilación La mayoría de los componentes del kernel pueden ser construidos para cargarse de forma dinámica (DLKMs)  DLKMs Se pueden construir de forma separada del núcleo principal. Se cargan en el kernel en tiempo de ejecución y sobre demanda. Los módulos del kernel pueden ser actualizados. Se pueden configurar kernels mínimos.  Portabilidad La codificación se realiza principalmente en C y es libre. Arquitecturas:  Alpha, ARM, ARM26, CRIS, H8300, x86, IA-64, M68000, MIPS, PA-RISC, PowerPC, S/390, SuperH, SPARC, VAX, v850, x86-64 Requiere memoria > 4MB La gran mayoría del supercómputo usa Linux (diferentes distribuciones)  También es modular, pero en menor grado: La inclusión de nuevos drivers extienden la funcionalidad del kernel. Algunas versiones cuentan con herramientas para configurar kernels más a la medida.  Los drivers son cargados dinámicamente como módulos  Una cantidad significativa código se ejecuta como drivers. Se construyen de manera independiente del kernel Pueden ser cargados por demanda.  Portabilidad La codificación se realiza principalmente en C y no es libre Arquitecturas  x86, MIPS, PowerPC, Alpha, IA-64, x86-64 Requiere memoria > 64MB Solo un par de supercomputadoras usan Windows (versión Server) Linux Windows Ciclo Escolar 2013-2014B

44 Casos de estudio (Linux/Windows) … (3)  Uso de los Sistemas Operativos en 2013 [http://www.netmarketshare.com/] Ciclo Escolar 2013-2014B

45 Casos de estudio (Linux/Windows) … (4)  Uso de los Sistemas Operativos en las 500 supercomputadoras más poderosas del mundo en 2013 [www.top500.org] Ciclo Escolar 2013-2014B

46 Casos de estudio (Android) Ciclo Escolar 2013-2014B

47 Casos de estudio … Ciclo Escolar 2013-2014B

48 Arranque y activación  El arranque de una computadora actual tiene dos fases: La fase de arranque del hardware La fase de arranque del SO S.O (Wnd, Linux, Mac OS X) HDD RAM Test del Hardware S.O. -Test del sistema de archivos -Creación de ED internas - Completa carga del SO residente - Creación de proceso login S.O. -Test del sistema de archivos -Creación de ED internas - Completa carga del SO residente - Creación de proceso login CPU ROM Carga en memoria del cargador del SO Bajo el control del Inicador ROM Carga en memoria Componentes del SO Bajo el control del Cargador del SO Inicialización bajo el control de la parte residente del SO Arranque del HardwareArranque del SO Ciclo Escolar 2013-2014B

49 Arranque y activación … (2)  Los programas en ROM en el arranque de la computadora realizan tres cosas: Una comprobación del sistema, que sirve para detectar sus características (cantidad de memoria, periféricos instalados, etc.) y comprobar si funcionan correctamente. Fase de lectura y almacenamiento en memoria del programa cargador del SO. Finalmente cede el control al programa recién cargado en memoria. El cargador del SO es independiente del SO.  En el caso de una PC, la ROM también contiene el software de E/S llamado BIOS. Firmware que contiene los procedimientos para leer y escribir de disco, leer caracteres del teclado y escribir en la pantalla Ciclo Escolar 2013-2014B

50 Arranque y activación … (3)  En el arranque del SO incluye las operaciones de: Comprobación del sistema.  Se completan las pruebas del hardware realizadas por la ROM.  Se comprueba si el sistema de archivos tiene un estado coherente. Se establecen las estructuras de datos (ED) propias del SO para almacenar información referente a: tablas de procesos, tablas de memoria, E/S, etc. Se carga en memoria principal aquella parte del SO que ha de estar siempre presente en memoria (SO residente). Se crea un proceso de login (inicio) por cada sesión en el sistema Ciclo Escolar 2013-2014B

51 Arranque y activación … (4)  Una vez cargado el SO, la acciones que activan su ejecución son: Llamadas al sistema emitidas por los programas. Interrupciones emitidas por los periféricos. Condiciones de excepción o error del hardware.  En todos los casos anteriores se deja de ejecutar el proceso en ejecución y se entra a ejecutar el SO. (Recuérdese el funcionamiento general de una computadora bajo el control de un programa FuncionamientoGral.ppt).FuncionamientoGral.ppt Ciclo Escolar 2013-2014B

52 Arranque y activación … (5)  Secuencia de sucesos en una llamada al sistema: El programa de usuario entra en el kernel por una trampa (trap) (1). El SO determina el número de servicio requerido (2). El SO invoca el procedimiento de servicio (3). Devuelve el control al programa de usuario (4). Programa de usuario 2 Programa de usuario 1 Llamada al kernel 1 2 3 4 Tabla de despacho Procedimiento de servicio Los programas de usuario se ejecutan en modo usuario. El sistema operativo se ejecuta en modo de kernel Memoria principal Ciclo Escolar 2013-2014B