Diapositivas

Ciclo Escolar 2014-2015B
Sistemas Operativos
Unidad I
Introducción
Ciclo Escolar 2014-2015B
Introducción


Concepto, historia y evolución
Clasificación y estructura


Casos de estudio
Arranque y activación
Ciclo Escolar 2014-2015B
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 2014-2015B
Concepto, historia y evolución … (2)

Se puede considerar que un S.O. tiene tres objetivos:
 Comodidad.


Eficiencia.


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.
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 2014-2015B
Concepto, historia y evolución … (3)

Jerarquía de elementos en una computadora
Usuario
Final
Programador
Programas de aplicación
(Resuelven problemas para los usuarios)
(Word, Excel, …)
Utilidades
(Shell, Ensamblador, Enlazador, bibliotecas, …)
Diseñador del
Sistema
Operativo
Sistema Operativo
(Windows, Linux, Mac OS X)
Hardware del computador
(PC, Mac, Sun, …)

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.
Ciclo Escolar 2014-2015B
Concepto, historia y evolución … (4)

El sistema operativo como gestor de recursos.

Asigna recursos




Protege


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.
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 2014-2015B
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.


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.


El S.O. incluye servicios para lanzar a ejecución, parar o abortar
un programa.
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 2014-2015B
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, una
pulsación, o 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 2014-2015B
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).




Primera generación (años cincuenta).
 Procesamiento por lotes
Segunda generación (años sesenta)


Multiprogramación y tiempo compartido.
Tercera generación (años setenta)


Prácticamente sin S.O.
Procesamiento en serie.
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 2014-2015B
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 2014-2015B
Concepto, historia y evolución … (9)
Primera generación (años
cincuenta)





Disposición de
la memoria
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.
Monitor

Tratamiento de
interrupciones
Controlador de
Dispositivos
Secuenciamiento
de trabajos
Intérprete del
Lenguaje de
Control
Paquete de tarjetas
para un sistema
sencillo de por lotes
Zona del
Programa
del
Usuario
$END
$RUN
$LOAD
$FTN
$JOB
Programa
a compilar
Ciclo Escolar 2014-2015B
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.
Monoprogramación
Solo un programa
en ejecución a la vez
Multiprogramación
Más de un programa
en ejecución a la vez
Ejecutar
Esperar E/S
Ejecutar
Esperar E/S
Tiempo
Ejecutar Ejecutar
A
B
Tiempo
Esperar E/S
Ejecutar Ejecutar
A
B
Esperar E/S
Ciclo Escolar 2014-2015B
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:







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:



Por lotes
Multiprogramación
En tiempo real
En tiempo compartido
En modo multiprocesador
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 2014-2015B
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 2014-2015B
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 2014-2015B
Concepto, historia y evolución … (14)

Cuál es mejor?

http://hanggeek.wordpress.com/2008/03/18/batalla-de-sistemas-operativos/
?
Ciclo Escolar 2014-2015B
Concepto, historia y evolución … (15)

¿Cuál SO móvil es el más utilizado?
Ciclo Escolar 2014-2015B
Concepto, historia y evolución … (16)
Uso de SO Móviles
en 2014 a nivel
mundial
Tendencia en USA
Tendencia en México
Ciclo Escolar 2014-2015B
Concepto, historia y evolución … (17)

¿Qué equipo se usa más para navegar?
Ciclo Escolar 2014-2015B
Clasificación y estructura

Existen diversas clasificaciones desde distintos puntos de
vista para los sistemas operativos.
Por el número
de usuarios
Clasificación
de los
Sistemas
Operativos
Monousuarios
Multiusuarios
Por el número
de tareas
Monotareas
Multitareas
Por el número
de procesadores
Uniproceso
Multiproceso
Por el propósito
Específico
General
Por el tipo de
diseño
Monolíticos
Modulares
Por capas
Micronúcleo
Máquinas virtuales
Por el tipo de
desarrollo
Abiertos
Cerrado
Simétricos
Asimétricos
Ciclo Escolar 2014-2015B
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 2014-2015B
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 2014-2015B
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 2014-2015B
Clasificación y estructura … (5)

Servidor de protección y seguridad

Por el lado de la protección se debe:




Por el lado de la seguridad:





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.
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 2014-2015B
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 2014-2015B
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


Internamente



Fácil de usar, fiable, seguro, potente y sencillo.
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 2014-2015B
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 2014-2015B
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.
Aplicaciones de Usuario
Programas
de Sistema
Shell
Servicios y llamadas al sistema
Núcleo

Gestor de
procesos
Gestor de
E/S
Gestor de memoria
Controladores
Hardware
Ciclo Escolar 2014-2015B
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.
Aplicaciones de Usuario
Programas
de Sistema
Shell
Interfaz de llamadas al sistema
Núcleo
Gestor de
Memoria
Gestor de
E/S
Facilidades
Comunes
Controladores de
disp por bloques
Gestor de
Procesos
Controladores de
disp por flujo
Hardware
Ciclo Escolar 2014-2015B
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.
Aplicaciones
de usuario
Gestor de
Procesos
Kernel
Gestor de
E/S
(Administración
del CPU)
Gestor de
Memoria
Interfaz de
Llamadas al
Sistema
Ciclo Escolar 2014-2015B
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.
Aplicaciones
de Usuario
API
API
Servidor
de
Memoria
Servidor
de
Procesos
Micronúcleo
Hardware
Servidor
de
E/S
Ciclo Escolar 2014-2015B
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.
Aplicaciones
De
Usuario
Aplicaciones
De
Usuario
Aplicaciones
De
Usuario
Llamadas
al Sistema
Llamadas
al Sistema
Llamadas
al Sistema
Núcleo 1
Núcleo 2
Núcleo 3
Monitor de Máquina Virtual
Hardware
Ciclo Escolar 2014-2015B
Casos de estudio (Unix/Linux)

Estructura general de un sistema
Unix/Linux
Programas de
Aplicación
Interfaz de
Llamadas al Sistema
Núcleo
Hardware
Hardware
Hardware
Componentes
del compilador
Compilador
Shell
Comandos y
Librerías
Ciclo Escolar 2014-2015B

Adaptado de Unix. Programación avanzada
Programas de usuario
Nivel Usuario
Librerías
Interfaz de llamadas al sistema
Subsistema de
Archivos
Comunicación
entre procesos
Buffer cache
Sistema
de control
de procesos
Caracter
Bloque
Controladores
de dispositivos
Control del hardware
Nivel Hardware
Planificador
Gestor de
memoria
Nivel Kernel

Diagrama de bloques
del núcleo Unix/Linux
Casos de estudio (Unix/Linux) … (2)
Hardware


Tomado de Linux device drivers 2ª Ed.
Vista particionada
del kernel
Ciclo Escolar 2014-2015B
Casos de estudio (Unix/Linux) … (3)
Ciclo Escolar 2014-2015B
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 2014-2015B
Casos de estudio (Unix/Linux) … (5)

El módulo de gestión de memoria



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


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).
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 2014-2015B
Casos de estudio (Windows)

Arquitectura simplificada de Windows
(NT)
Procesos de
Soporte del
Sistema
Modo
Usuario
Procesos
de
Servicio
Aplicaciones
de
Usuario
Subsistemas
de
Ambiente
Subsistema de DLL’s
Modo
Kernel
Ejecutor
Kernel
Controladores de
Dispositivos
Capa de Abstracción de Hardware (HAL)
Sistema de
Ventanas
y Gráficos
Ciclo Escolar 2014-2015B
Casos de estudio (Windows) …(2)

Modo Kernel

Capa de Abstracción de Hardware (HAL)


Kernel


Traducen las llamadas de Entrada/Salida provocadas por el
usuario en la información específica que los dispositivos de
Entrada/Salida requieren.
Ejecutor


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


(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).
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 2014-2015B
Casos de estudio (Windows) …(3)

Modo Usuario

Procesos de soporte del sistema


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)


Entre otras cosas, tiene las tareas de: (1) Acceso al
sistema (nombre de usuario y contraseña) y (2)
Administrar la sesión.
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 2014-2015B
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.
Procesos de
Soporte del
Sistema
Modo
Usuario
Modo
Kernel
Procesos
de
Servicio
Aplicaciones
de
Usuario
Aplicación MS-DOS
Aplicación de 16 bits
Emulación MS-DOS
Kernel
Controladores de
Dispositivos
Capa de Abstracción de Hardware (HAL)
640 K
1 MB
16 bits
Memoria Extendida de MS-DOS
16 MB
Emulación de MS-DOS a 32 bits
Controladores de dispositivos
Virtuales (COM, LPT, Teclado)
32 bits
Subsistema de DLL’s
7FFFFFFF
Subsistemas
de
Ambiente
Subsistema de DLL’s
Administrador
0K
Sistema de
Ventanas
y Gráficos
Ciclo Escolar 2014-2015B
Casos de estudio (Windows) …(5)
System Processes
Services
Applications
Service
Control Mgr.
Windows
SvcHost.Exe
LSASS
WinMgt.Exe
Explorer
SpoolSv.Exe
WinLogon
User
Mode
Task Manager
OS/2
User
Application
Services.Exe
Session Manager
POSIX
Subsystem DLLs
Windows DLLs
NTDLL.DLL
System
Threads
Kernel
Mode
System Service Dispatcher
(kernel mode callable interfaces)
Local
Procedure
Call
Configuration Mgr
(registry)
Processes
&
Threads
Virtual
Memory
Power
Mgr.
Plug and
Play Mgr.
Object
Mgr.
File
System
Cache
Device &
File Sys.
Drivers
Security
Reference
Monitor
I/O Mgr
Windows
USER,
GDI
Graphics
Drivers
Kernel
Hardware Abstraction Layer (HAL)
hardware interfaces (buses, I/O devices, interrupts,
interval timers, DMA, memory cache control, etc., etc.)
Original copyright by Microsoft Corporation.
CRK.
Ciclo Escolar 2014-2015B
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
Application
Application
Windows
User Mode
Kernel Mode
Win32
Windowing
Device
Drivers
System Services
Process Management,
Memory Management,
I/O Management, etc.
Hardware Dependent Code
Linux
X-Windows
User Mode
Kernel Mode
System Services
Process Management,
Memory Management,
I/O Management, etc.
Device
Drivers
Hardware Dependent Code
Ciclo Escolar 2014-2015B
Casos de estudio (Linux/Windows) …
(2)
Linux

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)



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:


DLKMs


Windows


Los drivers son cargados
dinámicamente como módulos
Una cantidad significativa código se
ejecuta como drivers.



La inclusión de nuevos drivers
extienden la funcionalidad del kernel.
Algunas versiones cuentan con
herramientas para configurar kernels
más a la medida.
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)
Ciclo Escolar 2014-2015B
Casos de estudio (Linux/Windows) …
(3)

Uso de los Sistemas Operativos en 2014
[http://www.netmarketshare.com/]
Ciclo Escolar 2014-2015B
Casos de estudio (Linux/Windows) …
(4)

Uso de los Sistemas Operativos en las 500
supercomputadoras más poderosas del mundo en 2014
[www.top500.org]
Ciclo Escolar 2014-2015B
Casos de estudio (Android)
Ciclo Escolar 2014-2015B
Casos de estudio (Android) … (2)

Android se compone de varias capas






Las superiores se basan en el funcionamiento de las
inferiores.
Las aplicaciones se ejecutan en el tope de la pila
(Applications).
Las aplicaciones hacen uso de los múltiples gestores
de Android (Application FrameWork).
A su vez los gestores necesitan una serie de librerías
(escritas en código nativo en C).
Al lado de las librerías se encuentra el Android
Runtime, compuesto por la Máquina virtual Dalvik, la
cual traduce el bytecode de las aplicaciones a código
nativo entendible por el dispositivo móvil.
La última capa se compone por el núcleo basado en
Linux, el cuál ha sido adaptado para operar con los
recursos de los que dispone el móvil.
Ciclo Escolar 2014-2015B
Casos de estudio …
Ciclo Escolar 2014-2015B
Arranque y activación

El arranque de una computadora actual tiene dos
fases:
 La fase de arranque del hardware
 La fase de arranque del SO
Bajo el control del
Iniciador ROM
S.O
(Wnd, Linux, Mac OS X)
Bajo el control del
Inicialización bajo el control
Cargador del SO
de la parte residente del SO
S.O.
ROM
Test del Hardware
Carga en memoria del
cargador del SO
HDD
Carga en
memoria
Componentes
del SO
-Test del sistema de
archivos
-Creación de ED internas
- Completa carga del SO
residente
- Creación de proceso
login
CPU
RAM
Arranque del Hardware
Arranque del SO
Ciclo Escolar 2014-2015B
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 2014-2015B
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 2014-2015B
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).
Ciclo Escolar 2014-2015B
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
4
Memoria principal
3
1
2
Procedimiento
de servicio
Tabla de despacho
Los programas de
usuario se ejecutan
en modo usuario.
El sistema operativo
se ejecuta en modo
de kernel