Diseño de Sistemas Operativos

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1 Diseño de Sistemas Operativos
4º Curso Fernando Pérez José María Peña Francisco Rosales DATSI Universidad Politécnica de Madrid

2 Temario Introducción Procesos Interbloqueos Gestión de Memoria
Administración de Sistemas Entrada/Salida Sistemas de Ficheros Protección y Seguridad Introducción a los SSOO Distribuidos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

3 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Tema 1. Introducción Cuatro módulos: Conceptos y evolución Estructuras de un sistema de computación Estructuras del sistema operativo Aspectos de diseño e implementación Objetivos: Que el alumno entienda el porqué de los SSOO Comprender el porqué de cada parte del SO Mostrar las distintas estructuras de SSOO Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

4 Módulo 1. Conceptos y Evolución
¿Qué es un sistema operativo? Evolución de los Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

5 ¿Qué es un sistema operativo?
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales ¿Qué es un sistema operativo? Un programa que actúa como intermediario entre el usuario de un computador y el hardware del mismo Objetivos del sistema operativo: Facilitar el uso al usuario (interfaz) Facilitar la programación al programador (máquina virtual extendida) Ejecutar programas eficientemente (gestor de recursos) Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

6 Componentes de un sistema de computación
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Componentes de un sistema de computación Usuarios personas, máquinas u otros computadores Aplicaciones consumen los recursos para resolver los problemas de computación de los usuarios Sistema Operativo controla y coordina el uso del hardware entre las distintas aplicaciones de los distintos usuarios Hardware proporciona los recursos básicos de computación (UCP, memoria, dispositivos de E/S) Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

7 Visión abstracta del sistema
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Visión abstracta del sistema Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

8 Definiciones de sistema operativo
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Definiciones de sistema operativo Gestor de recursos: gestión y asignación de recursos del computador Programa de control: controla la ejecución de los programas de usuario y las operaciones de los dispositivos de E/S Núcleo: el único programa que ejecuta siempre (por debajo y anterior a cualquier otro programa) Máquina virtual: extiende y enmascara la funcionalidad del hardware Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

9 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Evolución: Maquina desnuda Sistemas sencillos por lotes Sistemas por lotes multiprogramados Sistemas de tiempo compartido Sistemas de computación personal Sistemas paralelos Sistemas distribuidos Sistemas de tiempo real Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

10 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Máquina desnuda (1950) I Estructura Grandes máquinas manejadas por consola Sistemas monousuario monoprogramados 3en1: programador, operador, usuario Cinta de papel o tarjetas perforadas Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

11 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Máquina desnuda (1950) II Software Ensambladores, compiladores, enlazadores y cargadores Bibliotecas de subrutinas comunes Manejadores de dispositivo Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

12 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Máquina desnuda (1950) III Rendimiento Uso ineficiente de recursos caros Uso UCP muy pobre Largo tiempo de activación Ventaja: seguridad Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

13 Sistema sencillo por lotes
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistema sencillo por lotes Lectora de tarjetas como dispositivo de entrada Reduce el tiempo de activación agrupando trabajos similares Monitor residente Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

14 Monitor residente Secuenciador automático de trabajos
Control inicial en el monitor Se transfiere control a una tarea Cuando la tarea termina, el control vuelve al monitor Intérprete de tarjetas de control Cargador y manejadores de dispositivos Usuario != operador Nace el centro de cálculo Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

15 Sistema sencillo por lotes
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistema sencillo por lotes Problemas: Sistema monoprogramado E/S y UCP no solapan Solución: E/S lenta (tarjeta, impresora) offline E/S rápida (carga) a cinta o disco Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

16 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Spooling Usar UCP durante E/S mientras se ejecuta un trabajo, se lee el siguiente y se imprime la salida del anterior Cola de tareas estructura de datos que permite que el SO seleccione qué trabajo ejecutar el siguiente para optimizar uso de UCP Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

17 Sistema por lotes multiprogramado
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistema por lotes multiprogramado Varios trabajos en memoria principal al mismo tiempo Se multiplexa la UCP entre ellos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

18 Multiplexación de la CPU
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19 Características de un SO multiprogramado
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Características de un SO multiprogramado Las rutinas de E/S pertenecen al sistema Gestión de memoria: asignar la memoria a varios trabajos Planificación de la UCP: elegir entre varios trabajos listos para ejecutar Asignación de dispositivos ¡Todos SSOO actuales son multiprogramados! Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

20 Sistemas de tiempo compartido
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistemas de tiempo compartido Multiprogramado UCP multiplexada. Varios trabajos en memoria Interactivo comunicación on-line entre usuario y sistema Intérprete de mandatos sustituye a tarjetas de control Sistema de ficheros on-line permite a los usuarios el acceso a datos y código Multiusuario varios usuarios simultáneos cada usuario cree tener todo el computador Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

21 Sistemas de computación personal PCs
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistemas de computación personal PCs Dedicados a un único usuario (monousuario) Multiprogramados (generalmente) Variedad de dispositivos de E/S teclado, ratón, pantallas gráficas,... Muy interactivos Hasta ahora sistemas aislados, poca atención a la seguridad UCP muy potente (1Ghz) Mucha memoria (512MB) Conexión a red Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

22 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistemas paralelos I Multiprocesadores: Varias CPU fuertemente acopladas reloj común Memoria compartida comunicación y sincronización vía memoria Sistema operativo único Ventajas: Incremento de rendimiento Económicos Incremento de fiabilidad: degradación parcial, tolerancia a fallos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

23 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistemas paralelos II Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

24 Tipos de sistemas paralelos
Según el número de CPUs: Supercomputadores De 64 en adelante (miles) Multiprocesadores De 2 a 64 Computadores personales paralelos De 2 a 8 Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

25 Multiproceso asimétrico
Cada procesador tiene asignada una tarea específica (E/S, SO, procesos...) Un procesador maestro planifica el trabajo de los esclavos Muy frecuente en supercomputadores Manera trivial de portar un SO convencional a un multiprocesador Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

26 Multiproceso simétrico SMP
Cada procesador ejecuta una copia idéntica del SO Muchos procesos simultáneos sin pérdida de rendimiento Cada procesador ejecuta el primer trabajo listo para ejecutar, no hay jerarquía Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

27 Características SO paralelo
Planificador más complejo Gestión de memoria más compleja Gestión de caches de memoria muy importante para rendimiento Todos son recursos compartidos Programación concurrente en el SO Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

28 Sistemas distribuidos I
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistemas distribuidos I Múltiple procesadores débilmente acoplados: Físicamente separados, NO comparten memoria Comunicación mediante mensajes Los SO se comportan como uno único Ventajas: Compartición de recursos Reparto dinámico de carga Fiabilidad: replicación y tolerancia a fallos El mismo modelo de comunicación vale para una red local o extendida, o para máquina aislada Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

29 Sistemas distribuidos II
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30 Tipos de sistemas distribuidos
Red de computadores conectados con una RAL Clusters conectados por una RAV Red de procesadores con memoria propia Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

31 Características sistemas distribuidos
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Características sistemas distribuidos Cada nodo tiene su SO independiente El usuario NO debería saber donde está trabajando ni donde están sus ficheros Los SO colaboran para crear este efecto Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

32 Sistemas de tiempo real
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistemas de tiempo real Restricciones de tiempo bien definidas ejecutan tareas en el tiempo y orden prefijados STR críticos avión, satélite, médicos, etc. No pueden perder ningún deadline de tarea Almacenamiento secundario limitado o ausente Sistemas dedicados, no de propósito general STR suave multimedia, comunicaciones, etc. Pueden perder deadlines de tareas no críticas Uso limitado en sistemas de control Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

33 Módulo 2. Estructuras de un sistema de computación
Arquitectura del computador Funcionamiento del computador Estructura de E/S Jerarquía de memoria Protección por hardware Arquitectura general del sistema Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

34 Arquitectura del computador
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Arquitectura del computador Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

35 Funcionamiento del computador
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Funcionamiento del computador UCP y dispositivos de E/S en concurrencia Manejadores de dispositivos de E/S que: Se encargan de cada tipo de dispositivo Tienen almacenes locales de datos Ej. operación de Entrada: Desde cada dispositivo a memoria de su controlador El controlador informa a la UCP que tiene los datos listos mediante un interrupción Se dispara una rutina de tratamiento de interrupción (RTI) La UCP mueve los datos del almacén local a memoria principal Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

36 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Interrupciones ¡¡El sistema operativo es guiado por interrupciones!! Tratamiento: Salvar el estado de la UCP guardando registros, CP, etc. Inhibir interrupciones, para no perder otras Determinar qué interrupción ha ocurrido (polling, vector) Indexar en vector de interrupciones y saltar a RTI RTI: tratamiento para una interrupción Restaurar estado previo para seguir ejecución Trap: interrupción generada por software error o petición de usuario Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

37 E/S y acceso directo a memoria
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales E/S y acceso directo a memoria Dispositivos de E/S que envían/toman los datos directamente a/de memoria Sin intervención de la UCP Programación: datos E/S, buffer memoria, longitud Resultado: interrupción Indica estado de terminación (OK, ERROR) Una interrupción por bloque, no por byte Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

38 E/S y acceso directo a memoria
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales E/S y acceso directo a memoria Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

39 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Jerarquía de memoria Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

40 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Modo dual de operación Compartir recursos El SO asegura que un programa no afectará a otro Solución: Mecanismo de protección hardware (bit) que permite, al menos, 2 modos de ejecución: usuario (1) y sistema (0). Instrucciones privilegiadas sólo posibles en modo sistema Cuando hay interrupción, trap o excepción, el hardware cambia a modo sistema Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

41 Modo dual de operación Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales
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42 Protección por hardware
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Protección por hardware E/S: siempre instrucciones privilegiadas, modo sistema Memoria: registros base y límite por programa accesos fuera originan un fallo de protección UCP: temporizador que interrumpe periódicamente para dar control al SO y que decida Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

43 Protección por hardware
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44 Arquitectura general del sistema
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Arquitectura general del sistema Si las instrucciones de E/S son privilegiadas, ¿cómo ejecuta el usuario la E/S? Llamada al sistema: Método estándar de acceso a los servicios del SO El programa genera un trap (interrupción sw) Se salta a ejecutar la RTI (servicio del SO) y a la vez se cambia a modo sistema El SO verifica los parámetros, ejecuta la petición y devuelve control en la instrucción siguiente El SO oculta las llamadas al sistema en bibliotecas que se instalan con el SO Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

45 Módulo 3. Estructuras del sistema operativo
Componentes del sistema Llamadas al sistema Estructura de un sistema operativo Máquinas virtuales Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

46 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Componentes del SO Básicos: Gestor de procesos Gestor de memoria Gestor de E/S y almacenamiento secundario Servidores: Servidor de ficheros Servidor de protección y seguridad Servidor de comunicaciones por red Utilidades: Intérprete de mandatos Programas de sistema Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

47 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Gestor de procesos Un proceso es un programa en ejecución Es la unidad que consume recursos: UCP, memoria, ficheros, etc. El SO gestionar lo siguiente de los procesos: Creación y destrucción Suspensión y reanudación Mecanismos de comunicación y sincronización Asignación de los recursos al proceso Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

48 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Gestor de memoria Memoria: Vector enorme de palabras o bytes (direcciones) Compartida por UCP y dispositivos E/S Volátil: pierde su contenido sin alimentación El SO gestiona lo siguiente de la memoria: Qué partes están en uso y quién las está usando Qué procesos se deben cargar, y dónde Asigna y libera espacio cuando se requiere Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

49 Gestor de entrada/salida
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Gestor de entrada/salida El gestor de E/S está formado por: Almacenamiento intermedio en memoria (caché) Manejadores genéricos, uno por cada clase de dispositivo Gestión individualizada por dispositivo existente El SO gestiona lo siguiente de la E/S: Traduce peticiones a formato de manejador Copia memoria de/hacia el controlador Controla transferencias por DMA Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

50 Gestión del almacenamiento secundario
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Gestión del almacenamiento secundario Dispositivos rápidos de E/S (discos) Vector enorme de “bloques” Almacenamiento no volátil Usado como respaldo de memoria principal El SO gestiona lo siguiente del almacenamiento secundario: Asignación y liberación de espacio Planificación de accesos a los discos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

51 Servidor de ficheros y directorios
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Servidor de ficheros y directorios Fichero: Conjunto de información lógicamente relacionada Directorio: Fichero que contiene asociaciones entre nombres de fichero e identificadores internos del SO El SO gestiona lo siguiente de los ficheros: Creación y borrado de ficheros y directorios Primitivas para manipularlos Proyectar los ficheros en memoria Respaldar los ficheros en dispositivos no volátiles Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

52 Servidor de protección y seguridad I
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Servidor de protección y seguridad I Protección: Controlar el acceso a los recursos por parte de los procesos (de los usuarios) El servidor de protección debe: Distinguir entre uso autorizado y no autorizado Especificar los controles de acceso a llevar a cabo Proporcionar métodos de control de acceso Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

53 Servidor de protección y seguridad II
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Servidor de protección y seguridad II Seguridad: Proteger al sistema de un uso indebido (fraudulento) El servidor de seguridad debe: Autenticar a los usuarios Evitar amenazas al sistema (gusanos, virus, piratas, fuego, etc.) Evitar intercepción de comunicaciones (cifrado, canales seguros, etc.) Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

54 Servidor de comunicaciones
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Servidor de comunicaciones Sistema en red o distribuido: Conjunto de procesadores que no comparten memoria Conectados mediante una red de comunicación El servidor de comunicaciones debe: Proporcionar mecanismos para comunicación local y remota entre procesos Para distintos tipos de redes (Ethernet, ATM, telefónica, etc.) Responsabilidad del SO: Resolución de nombres, enrutamiento, conexiones y control de flujo Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

55 Intérprete de mandatos
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Intérprete de mandatos Programa cuya función es obtener los mandatos del usuario y lanzar su ejecución Hay dos tipos básicos: Intérprete de mandatos en línea en modo texto, como el shell de UNIX y LINUX Interfaz gráfico de usuario, como el de Windows y X-Windows Puede haber múltiples intérpretes de mandatos sobre el mismo SO La visión del mismo SO cambia según el usuario (POSIX sobre Windows NT o Win32 sobre LINUX) Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

56 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Programas de sistema Proporcionan un entorno adecuado para el desarrollo y ejecución de programas Son la visión del SO que tienen muchos usuarios, y no la de las llamadas al sistema Categorías: Manipulación de ficheros: copia, mover, ... Información de estado: monitores, ... Programación: compiladores, depuradores, … Carga y ejecución: cargador, … Comunicaciones: telnet, ftp, … Aplicaciones: servidores BD, navegadores, ... Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

57 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Llamadas al sistema Interfaz entre aplicaciones y SO Con un trap o interrupción sw Acceso como función en los lenguajes (C, …) Paso de parámetros: En registros En memoria, se pasa la dirección en un registro En la pila y dejar que el SO los extraiga El SO se define por sus llamadas al sistema: Estándar POSIX en UNIX y LINUX Win32 en Windows NT Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

58 Paso de llamadas al sistema
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Paso de llamadas al sistema Programa de usuario 1 usuario n … Llamada al sistema trap Determinar servicio pedido Tabla de RTI Rutina de Control vuelve a programa de Ejecutan en modo NO privilegiado modo Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

59 Sistemas monolíticos I
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistemas monolíticos I Núcleo: Todo entre las llamadas al sistema y el hardware No dividido en módulos Interfaces y niveles de funcionalidad no separados Ej: Monitor o ejecutivo (MS-DOS) Escritos para funcionalidad específica y gestionar hardware reducido Monoproceso Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

60 Sistemas monolíticos II
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistemas monolíticos II Llamadas al sistema de mandatos Programas de sistema POSIX Win32 ... Núcleo Manejadores Servidores ficheros memoria comunicaciones ... protección reloj teclado disco ... Programas de usuario Intérprete Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

61 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistemas modulares I Núcleo: Dividido en módulos con funcionalidad e interfaces claramente definidos Modular y estructurado Se pueden sustituir componentes por otros con el mismo interfaz (manejadores, sistemas de ficheros, ...) Un único trap, el proceso existe en dos modos Ej: UNIX, LINUX Muchas funcionalidades Multiproceso y multiusuario Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

62 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistemas modulares II Micronúcleo Manejadores Servidores Llamadas al sistema Intérprete mandatos Programas de sistema ficheros memoria comunicaciones ... protección POSIX Win32 ... procesos reloj teclado disco ... Programas de usuario Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

63 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistemas por capas Núcleo: Dividido en múltiples niveles, capas de una cebolla El más alto la interfaz de llamadas Cada nivel usa únicamente servicios del inferior y da servicio al superior Comunicación entre capas vía traps Ej: THE, Multics Problema: Una llamada puede necesitar varios niveles de traps Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

64 Sistemas con micronúcleo I
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Sistemas con micronúcleo I Núcleo: Reducido a las funcionalidades mínimas imprescindibles Se sacan fuera del núcleo los demás servicios Comunicación vía paso de mensajes Servidores: Hilos de ejecución independiente Los más altos ofrecen la interfaz de llamadas Los más bajos gestionan el hardware Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

65 Sistemas con micronúcleo II
Problema: Una llamada puede necesitar muchos mensajes Ventaja: Piezas separables, paso a SO Distribuido Ej: MINIX, Mach (Windows-NT) Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

66 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Máquinas virtuales I Una MV crea una copia idéntica del hardware Procesador con su propia memoria y E/S Sobre una MV se puede ejecutar cualquier SO Sobre el mismo computador varios SSOO a la vez El Monitor de MVs ejecuta sobre el HW real ¿Cómo se hace? Planificación UCP para MV  multiproceso Spooling y sistema ficheros  multiplexación E/S MV del operador  control del sistema Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

67 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Máquinas virtuales II Ventajas: Protección sencilla, muy modular, bueno para investigación y desarrollo (SO distribuido) Inconvenientes: Difícil compartir recursos Difícil implementar duplicados exactos del HW Usado para emular SSOO sobre otros Ej. VM-370, MS-DOS en Windows, VMware Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

68 Máquinas virtuales III
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

69 Módulo 4. Aspectos de Diseño e Implem.
Objetivos de diseño Implementación Arranque del sistema Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

70 Objetivos de diseño de un SO
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Objetivos de diseño de un SO 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: criterio para decidir qué hacer Separarlos es importante para poder afinar bien los sistemas Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

71 Implementación del sistema
Diseño de Sistemas Operativos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Implementación del sistema Tradicionalmente: ensamblador Actualmente: C y ensamblador Uso lenguaje alto nivel: Desarrollo más rápido Más fácil de comprender y depurar Más fácil de transportar de un hardware a otro (Ej. UNIX, Linux, Windows-NT) Base: HAL (Hardware Abstraction Layer) Oculta los detalles específicos de la arquitectura Proporciona una interfaz de alto nivel Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

72 Diseño de Sistemas Operativos
Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Arranque del sistema I Cargador ROM Carga y ejecuta el MRB Master Record Boot (sector de arranque) Carga y ejecuta el ejecutable del SO Ejecutable del SO Inicializa el núcleo Arranca e inicializa los manejadores de los dispositivos existentes Crea el primer proceso (PID==1) init Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

73 Arranque del sistema II
Proceso init Ejecuta scripts del nivel (rc.#) Se lanzan los servidores Sigue el guión inittab Crea un proceso login por terminal Proceso login Autentifica el acceso de usuarios al sistema Crea un shell (intérprete de mandatos) Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO

74 Temario Introducción Procesos Interbloqueos Gestión de Memoria
Administración de Sistemas Entrada/Salida Sistemas de Ficheros Protección y Seguridad Introducción a los SSOO Distribuidos Fernando Pérez Jose Mª Peña Francisco Rosales Diseño de Sistemas Operativos Introducción: Conceptos y Estructura de SSOO