Sistemas Operativos II - A/S Leonardo Carámbula
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Tipos de Estructuras de los S. O. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas monolíticos – Es muy común, no existe la estructura o es mínima – El S. O. es una colección de procedimientos que se pueden llamar entre si – Cada procedimiento tiene una interfaz bien definida. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas monolíticos Procedimiento Principal Procedimiento de Servicio Procedimiento Utilitario Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas monolíticos – Para ejecutar los servicios del S.O.: • Se solicitan colocando los parámetros en lugares bien definidos (registros o pilas) • Se ejecuta una llamada especial (tramp), llamada al núcleo o llamada al supervisor • La instrucción cambia del modo usuario al modo núcleo (supervisor) • Cuando termina el control regresa al programa del usuario Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas monolíticos Programa 2 del Usuario Memoria Principal Programa 1 del Usuario 4 Llamada al Núcleo 1 3 Proc. de Servicio 2 Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas monolíticos Programa 2 del Usuario Memoria Principal Programa 1 del Usuario 4 Llamada al Núcleo 1 3 2 Prog. del Usuario En modo Usurio Proc. S. O. de Servicio En modo Núcleo Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas monolíticos – MS-DOS – Unix – Linux Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas (THE) – Dijkstra 1968 – Technische Hogeschool Eindhoven – Consiste en organizar el S. O. como una jerarquía de capas, c/u construida sobre la inmediatamente inferior Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas (THE) 5 – Operador 4 – Programas de Usuario 3 – Control de Entrada / Salida 2 – Comunicaciones Operador – Proceso 1 – Administración de la memoria y del disco 0 – Asignación del procesador y multiprogramación Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas (THE) – Capa 0 • Trabaja con la asignación del procesador • Alterna entre los procesos cuando ocurren las interrupciones o expiran los cronómetros • Proporciona la multiprogramación básica Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas (THE) – Capa 1 • Administra la memoria • Asegura que las páginas (porciones de memoria) requeridas por los procesos lleguen a memoria cuando fueran necesarias Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas (THE) – Capa 2 • Administra la comunicación entre cada proceso y la consola del operador • Por sobre esta capa cada proceso tiene una consola de operador Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas (THE) – Capa 3 • Controla los dispositivos de E/S y almacena en buffers los flujos de información entre ellos • Sobre esta capa cada proceso puede trabajar con dispositivos abstractos de E/S en vez de dispositivos reales Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas (THE) – Capa 4 • Aloja a los programas de usuario • Los programas de usuario no tienen que preocuparse por el proceso, memoria, consola o control de E/S Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas (THE) – Capa 5 • Localiza al proceso operador del sistema Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas – MULTICS • Multiplexed Information and Computing Service • Presenta una estructura de anillos concéntricos, siendo los interiores los más privilegiados Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas – MULTICS Programas de Aplicación S. O. Compiladores, Intérpretes de Comandos, Editores Lenguaje de Máquina Microprogramación Dispositivos Físicos Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas – MULTICS • Dispositivos físicos: – son la capa más baja – en ella están: » los chips » cables » fuentes de poder » tubos de rayos catódicos » y otros dispositivos físicos. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas – MULTICS • Microprogramación: – Software de bajo nivel – Se encarga de los dispositivos de E/S – Normalmente grabado en la R. O. M. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas – MULTICS • Lenguaje de Máquina – Tiene variada cantidad de instrucciones, en un rango de 50 a 300 – La mayoría sirven para desplazar datos a través de la máquina y hacer operaciones aritméticas y comparar valores. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas – MULTICS • Sistema Operativo – oculta la complejidad de la utilización del hardware y muestra un conjunto de instrucciones más apropiado para trabajar. – Los programas del Sistema Operativo están protegidos de las acciones de los usuarios. – Sobre este se ejecutan el resto de las aplicaciones Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas – MULTICS • Programas de Aplicación – Programas con un fin específico » Planillas de cálculo » Procesadores de texto » Presentaciones con Diapositivas » Juegos » Etc. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Sistemas de capas – MULTICS -» Unix • MIT, GE, Laboratorios Bell – OS/2 • IBM – eComStation • Serenity Systems Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Máquinas Virtuales Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Máquinas Virtuales – Las máquinas virtuales instrumentan copias exactas del hardware simple • • • modo núcleo / usuario E/S Interrupciones – Pueden ejecutar cualquier S. O. que se ejecute en forma directa sobre el hardware Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Máquinas Virtuales – Ejemplo VM/370 de IBM • • Utiliza CMS (Conversational Monitor System) Cuando se realiza una llamada al sistema – La llamda es atrapada por el S. O. en su propia M. V. – El CMS proporciona las instrucciones de E/S en el hardware para realizar la llamada – VM/370 atrapa estas instrucciones y las ejecuta en sobre el hardware verdadero Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Máquinas Virtuales – Ejemplo VM/370 de IBM Máquinas 370 Virtuales Llamada al Sistema Instrucc. de E/S CMS CMS CMS VM/370 370 Hardware Simple Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Modelo Cliente / Servidor Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Modelo Cliente / Servidor • Una tendencia de los S. O. modernos es mover el código a capas superiores y mantener el núcleo mínimo, de manera similar al VM/370 de IBM • Implementar la mayoría de las funciones del S. O. en modo usuario Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Modelo Cliente / Servidor – Para solicitar un servicio • El proceso de Usuario (proceso cliente) envía la solicitud a un proceso servidor, que realiza la operación y regresa la respuesta – El núcleo controla la comunicación entre los clientes y los servidores Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Modelo Cliente / Servidor – Se fracciona el S. O. en partes – C/U controlando un servicio: • de Archivos • de Procesos • de Terminales • de Memoria • Etc. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Modelo Cliente / Servidor – Los servidores se ejecutan como procesos en modo usuario • No tienen acceso directo al hardware • Se aíslan y acotan más fácilmente los problemas – Se adapta para su uso en los sistemas distribuidos Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Estructuras de los S. O. • Modelo Cliente/Servidor – Los Clientes obtienen el servicio al enviar mensajes a los Servidores Proceso Cliente Proceso Servidor Servidor Cliente Procesos Terminal Servidor Servidor Archivos Memoria Núcleo (Kernell) Modo Núcleo Modo Usuario Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas de Tiempo Real Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas de Tiempo Real • Es un sistema informático en el que el tiempo en que se producen sus acciones es significativo. • Las acciones del sistema deben ser correctas, desde el punto de vista lógico o algorítmico, y deben producirse dentro de un intervalo de tiempo determinado. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas de Tiempo Real • Los sistemas de tiempo real suelen estar integrados en un sistema de ingeniería más general, en el que se realizan funciones de control y/o monitorización. • A estos sistemas se los denomina Sistemas Empotrados o Embebidos (Embedded Systems). Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas de Tiempo Real • Ejemplos: – Electrónica de consumo • Videos,TVs, Lavadoras, Lavaplatos – Aviación • Computadoras de vuelo, Path-finder – Automóviles • Control de velocidad, ABS, Sistema de inyección – Defensa • Bombas y misiles inteligentes, dirección de tiro – Telecomunicaciones • Radios, teléfonos moviles Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas de Tiempo Real • Requisitos Temporales – Tiempo real estricto (Hard Real Time) • Todas las acciones deben ocurrir dentro del plazo especificado • Ejemplo: Control de vuelo – Real real-time. Los tiempos de respuesta son muy cortos • ejemplo: Sistema de guiado de misiles – Timepo real flexible (Soft Real Time) • Se pueden perder plazos de vez en cuando • El valor (utilidad) de la respuesta decrece con el tiempo Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas de Tiempo Real • Características – Gran tamaño y complejidad – Concurrencia • Los dispositivos físicos controlados funcionan simultaneamente • Los componentes de software que los controlan se ejecutan concurrentemente – Dispositivos de E/S especiales • Los manejadores de dispositivos forman parte del software de aplicación – Seguridad y fiabilidad • Sistemas críticos, fallos con consecuencias muy graves Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas de Tiempo Real • Características – Determinismo temporal • Acciones en intervalos de tiempo determinados • Es fundamental que el comportamiento temporal de los STR sea determinista: • La eficiencia es importante pero la predictibildad es esencial • Hay que preveer el comportamiento en el peor caso posible – Manipulación de números reales • Capacidad para manipular números de coma flotante y reales (cálculos de alto grado de precisión) Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas Distribuidos Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas Distribuidos • es aquél que está compuesto por varias computadoras autónomas conectadas mediante una red de comunicaciones y equipadas con programas que les permitan coordinar sus actividades y compartir recursos. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas Distribuidos • Propiedades: – Está compuesto por varios recursos informáticos de propósito general, tanto físicos como lógicos, que pueden asignarse dinámicamente a tareas concretas. – Estos recursos están distribuidos físicamente, y funcionan gracias a una red de comunicaciones. – Hay un sistema operativo de alto nivel, que unifica e integra el control de los componentes. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas Distribuidos • Propiedades: – El hecho de la distribución es transparente, permitiendo que los servicios puedan ser solicitados especificando simplemente su nombre (no su localización). – El funcionamiento de los recursos físicos y lógicos está caracterizado por una autonomía coordinada. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas Distribuidos • Aplicaciones de Sistemas Distribuidos: 1. La distribución es fundamentalmente un medio para conseguir un fin 2. La distribución es un problema en sí misma. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas Distribuidos • La distribución es fundamentalmente un medio para conseguir un fin – Computación masivamente paralela, propósito general y de alta velocidad. de – Tolerancia a fallos (confianza, disponibilidad). – Respuesta a demandas con requisitos de tiempo real. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas Distribuidos • La distribución es un problema en sí misma. – Bases de datos distribuidas. Es necesario acceder a los datos desde lugares geográficamente dispersos, y además almacenarlos también en varios lugares diferentes. – Fabricación automatizada. Es necesaria la colaboración de muchos procesadores para coordinar las tareas en una fabrica. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula Sistemas Distribuidos • La distribución es un problema en sí misma. – Supervisión remota y control. Los sensores y los nodos donde se toman las decisiones de control pueden estar en diferentes partes de un sistema distribuido. – Toma de decisiones coordinada. Es necesario que varios procesadores participen en la toma de decisiones, por ejemplo, porque cada uno de ellos tiene una parte de los datos relevantes. Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2014 – Prof. L. Carámbula
