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Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 1
Arquitectura de Computadores
Departament d’Informàtica de Sistemes i
1Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
pComputadors
E.P.S.Alcoi
Bloque Temático I: Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas OperativosTema 2: Introducción al S.O. UNIX
2Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 2
1.- Presentar el concepto de sistema operativo.2.- Dar una visión general de la evolución histórica de los
Objetivos
sistemas operativos que ayudará a entender qué servicios proporciona el sistema y cómo los proporciona.
3.- Describir las funciones que debe llevar a cabo cualquier sistema operativo actual.
4.- Presentar el concepto de llamada al sistema como
3Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
mecanismo necesario para obtener los servicios de éste.
5.- Presentar el intérprete de órdenes como ejemplo más importante de programa del sistema.
Bibliografía
A. Silberschatz, P. B. Galvin. “Sistemas Operativos”. 5ª ed.
W. Stallings. “Operating Systems”, 3ª ed.
4Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
J. Carretero, P. de Miguel“Sistemas Operativos. Una versión aplicada”
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 3
Índice
1.- Concepto de sistema operativo2.- Evolución de los sistemas operativos3.- Funciones del sistema operativo4.- Modelo básico de un sistema informático 5.- Llamadas al sistema6.- Programas del sistema7.- Conceptos de planificación
5Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
8.- Criterios de planificación9.- Algoritmos de planificación10.- Evaluación de Algoritmos
1.- Concepto de sistema operativo
Sistema operativoPrograma que actúa como interfaz entre los usuarios y el hardware del computador.
editorcompilador
sistem a de bases de datos
Program as del s istem a y aplicaciones
Usuario 1Usuario 2
Usuario n
6Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Sistem a O perativo
Hardware
Abstracción de los componentes de un sistema informático
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 4
1.- Concepto de sistema operativo
Objetivos principales de los sistemas operativos:
• ComodidadFacilitar el uso de la máquina a los usuarios, proporcionando un entorno cómodo para el desarrollo y ejecución de programas y para el acceso a los recursos de la máquina
Eficiencia
7Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• EficienciaEl s.o. debe administrar los recursos (hardware y software) de la máquina de forma que se aprovechen de la manera más conveniente.
1.- Concepto de sistema operativo
Conceptos de sistema operativo:
1.- Máquina extendidaLos recursos hw son difíciles de manejar y programar (especialmente la E/S). El s.o. debe ocultar la complejidad del hw y proporcionar una interfaz sencilla de utilizar.
2.- Gestor de recursos
8Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
En un computador los programas en ejecución deben compartir los recursos disponibles que son limitados (CPU, memoria, dispositivos de E/S, etc.). El s.o. establece la política que determina a quién, cuándo, cuánto tiempo y la cantidad de recurso que asigna.
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 5
Contenidos
1.- Concepto de sistema operativo2.- Evolución de los sistemas operativosp
• Primeros sistemas• Sistemas por lotes (batch)• Sistemas multiprogramados• Sistemas de tiempo compartido• Sistemas Unix• Sistemas para PC• Tendencias actuales
9Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
3.- Funciones del sistema operativo4.- Modelo básico de un sistema informático 5.- Llamadas al sistema6.- Programas del sistema
1950 SistemasFORTRANy COBOL
Primeros sistemas
2.- Evolución de los sistemas operativos
1960
1970
1980
CTSSOS/360
TSO
MULTICS
UNIX
MS-DOS
CP/MVMS
Sistemas por lotes• simples• multiprogramados
Sistemas detiempo compartido
Primeros sistemasUnix
Sistemas operativospara PC’s
10Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
1990
2000
MS DOSMac OS
OS/2Windows
Windows NT
para PC s
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 6
2.- Evolución de los sistemas operativos
Primeros sistemas
• Tipos de sistemaMáquinas voluminosas operadas desde una consolaTeletipos, tarjetas y cintas perforadasSin sistema operativo
• Modo de operación
11Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
“Hands on”: el usuario hace las veces de operador delante de la consola y tiene el control total sobre la máquina.
2.- Evolución de los sistemas operativos
Primeros sistemas (ii)• Software del sistema
No existe un sistema operativo como tal. El software disponible es:
CargadoresCompiladores / ensambladoresBibliotecas con “manejadores de dispositivos”
P bl áti
12Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• ProblemáticaMala utilización de recursos caros (CPU, E/S) debido al elevado tiempo de desarrollo y preparación delante de la consola.Interfaz muy rudimentaria con el usuario.
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 7
Sistemas por lotes (batch) simples
$END$RUN
$LOAD$FTN
2.- Evolución de los Sistemas Operativos
p• Modo de operación
Contratación de un operador profesional.Ausencia de interacción directa usuario-máquina.Agrupación por lotes de trabajos similares.Secuenciación automática de trabajos con
Manejadores dedispositivos
Carga ysecuenciación
de trabajosMonitor
$JOB
13Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
tarjetas de control.• Funciones del s.o.
Aparece el primer esbozo de sistema operativo: el monitor residente.
de trabajosIntérprete del
lenguajede control
ZONA DELPROGRAMADE USUARIO
2.- Evolución de los sistemas operativos
Sistemas por lotes simples (ii): ProblemáticaBaja utilización de la CPU debido a los elevados tiempos de E/S
• Tipo de carga: trabajos con secuencia de ráfagas de CPU y E/S, donde la diferencia de velocidad entre la CPU y la E/S es de tres órdenes de magnitud o más
• Utilización de la CPU = tiempo_CPU_ocupada / tiempo_total
14Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
E/S E/S E/S E/SCPU CPU CPUCPU CPU
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 8
Sistemas por lotes simples (iii): Soluciones
2.- Evolución de los sistemas operativos
A) Operación fuera de línea: reducir los tiempos de E/S utilizando computadores satélite para ejecutar las operaciones de E/S sobre dispositivos lentos.
B) Spooling: reducir los tiempos de E/S utilizando el disco como un buffer para compensar la diferencia de velocidades entre la E/S y los periféricos lentos
15Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
velocidades entre la E/S y los periféricos lentos.
C) Multiprogramación: Aprovechar las ráfagas de espera (de la E/S) de un trabajo para ejecutar las ráfagas de CPU de otros trabajos.
2.- Evolución de los sistemas operativos
A) Operación fuera de línea (off-line)• La CPU trabaja con periféricos de E/S “rápidos” (cintas)• Sistemas satélites se encargan de efectuar la E/S sobre
cinta cinta
li
CPU
Sistemas satélites se encargan de efectuar la E/S sobre periféricos lentos (tarjetas, impresoras) y de transvasar los datos entre periféricos lentos y rápidos.
16Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
SATcinta
SATcinta
satélite satélite
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 9
3.- Evolución de los sistemas operativos
B) Spooling (Simultaneous Peripheral Operation On Line)• El disco actúa como un buffer de E/S:
DISCO
Mientras el periférico “lento” está ocupado la CPU vuelca a disco.Cuando el periférico está listo, se realiza la transferencia del disco al periférico “lento”.
17Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
CPU
LectoraTarjetas
Impresora
2.- Evolución de los sistemas operativos
C) Multiprogramación• Ejecución concurrente: ejecución paralela de varios trabajos.
Con un solo procesador se lleva a cabo alternando la CPU entre
E/S CPU E/S E/SCPUTrabajo 1
Con un solo procesador se lleva a cabo alternando la CPU entre procesos: las ráfagas de espera (de E/S) de un trabajo se aprovechan para ejecutar las ráfagas de CPU de otros trabajosImplica mantener varios trabajos en memoria simultáneamente.
• Objetivo: aumentar la utilización de la CPU
18Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
E/S E/S E/S
E/S E/S E/S
CPU
CPU
CPU
CPU
Trabajo 2
Trabajo 3
UtilizaciónCPU
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 10
2.- Evolución de los sistemas operativos
Sistemas por lotes multiprogramadosSon sistemas por lotes en los que se introduce la
lti iómultiprogramación
• El sistema operativo crece considerablemente en tamaño y aparecen nuevas funciones:
Gestión de procesos: planificación de procesos, cambios de contexto, etc.Gestión de memoria: reparto y protección de la memoria etc
19Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Gestión de memoria: reparto y protección de la memoria, etc.
• ProblemáticaLa ausencia de interacción usuario-máquina hace difícil la elaboración y depuración de programas
2.- Evolución de los sistemas operativos
Sistemas de tiempo compartido• Tipos de sistema
Mainframes con muchas terminales que distribuyen potencia de cálculo como una especie de “central eléctrica”.Sistemas multiusuario que combinan la multiprogramación y la interacción usuario-máquina a través de terminales
• ObjetivosTiempos de respuesta aceptables
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Tiempos de respuesta aceptablesMejora de la interfaz usuario-máquinaMultitarea: un usuario puede ejecutar varios procesos concurrentemente.
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 11
2.- Evolución de los sistemas operativos
Sistemas de tiempo compartido (ii)• Funciones del sistema operativo
Gestión de procesos: Madura el concepto de proceso y la planificación.
Gestión de memoria: Nacen y se desarrollan las técnicas de memoria virtual.
Gestión de ficheros: Nace la necesidad de sistemas de ficheros “en línea” y comienzan a desarrollarse los precedentes de los sistemas de ficheros actuales.
21Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Necesidad de protección entre los diferentes usuarios y procesos existentes.
• Crisis del softwareLa envergadura que alcanza el sistema operativo pone en tela de juicio las metodologías existentes para desarrollar software
2.- Evolución de los sistemas operativos
Los primeros sistemas Unix
• Tipo de sistemaMinicomputadores: máquinas de arquitectura más sencilla que los mainframes pero con mayor potencia de cálculo y menos usuariosEjemplos: PDP-1 ... PDP-7 ... PDP-11
• Objetivos
22Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• ObjetivosAdaptar los objetivos de los sistemas de tiempo compartido (MULTICS) a arquitecturas minicomputadorUtilización de lenguajes de alto nivel para el diseño del sistema operativo
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 12
2.- Evolución de los sistemas operativos
Los primeros sistemas Unix (ii)
• Aportaciones de UnixDiseño sencillo y potente. Dos únicas abstracciones: proceso y fichero.
Introduce el modelo de sistema de ficheros actual.
Introduce un potente intérprete de órdenes.
Entorno de programación muy completo
23Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Entorno de programación muy completo.
Base para el desarrollo de la primera red de computadores y TCP/IP.
Introduce el concepto de sistema abierto.
2.- Evolución de los sistemas operativos
Sistemas operativos para PCs
Ti d i t• Tipo de sistemaMáquinas basadas en microprocesadores. Inicialmente de arquitectura muy sencilla y limitada, pero con una continua evolución en potencia.Interfaces usuario-máquina muy sofisticadas: ratones, pantallas gráficas, etc.Pensadas para un solo usuario.
24Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• ObjetivosSencillez y comodidad del usuario: contrasta con los primeros sistemas, donde los altos precios imponían la optimización en la utilización de recursos.
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2.- Evolución de los sistemas operativos
Sistemas operativos para PCs (ii)
C t í ti i i t (MS DOS CP/M )• Características primeros sistemas (MS-DOS, CP/M, ...)Poco más que un sistema de ficheros y un cargador.
• Características sistemas actuales (Windows, Linux, MacOS, OS/2, ...)
Interfaz basada en sistema de ventanas y ratón (introducida por Macintosh)Si t d fi h ti á b l (i t d id U i )
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Sistemas de ficheros tipo árbol (introducidos por Unix)Capacidad multitareaAcceso a la redProgresiva introducción de mecanismos de protección (al estilo UNIX)
2.- Evolución de los sistemas operativos
Tendencias actuales• Sistemas operativos en redPermiten el acceso a recursos remotos. Proporcionan protocolos de p pcomunicación y gran variedad de aplicaciones para acceso a la red
• Sistemas distribuidosPermiten el acceso a recursos remotos de manera transparente (obviando el hecho de la distribución). Proporcionan entornos de programación distribuida y acceso transparente a bases de datos remotas
26Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
remotas.
• Sistemas multimediaSistemas que incorporan interfaces audiovisuales.
Desarrollo de nuevas interfaces usuario-máquina.Desarrollo de protocolos de transmisión en tiempo real.
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Tendencias de diseño actuales
2.- Evolución de los sistemas operativos
• Tecnología orientada a objetos
• Modelo cliente-servidor para aplicaciones distribuidas
• MicronúcleosNúcleos de sistema operativo con una funcionalidad mínima
27Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
úc eos de s ste a ope at o co u a u c o a dad asobre los que desarrollar el resto del sistema como una aplicación de usuario.
Contenidos
1.- Concepto de sistema operativo2.- Evolución de los sistemas operativos3.- Funciones del sistema operativo
• Gestión de procesos• Gestión de la memoria• Gestión de ficheros• Gestión de la red• Protección
4 - Modelo básico de un sistema
28Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
4. Modelo básico de un sistema informático
5.- Llamadas al sistema6.- Programas del sistema
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3.- Funciones del sistema operativo
Funciones del sistema operativo: Clasificación• Gestión de procesos.Gestión de procesos.• Gestión de memoria.• Gestión del sistema de ficheros.• Gestión de dispositivos de E/S.• Gestión de la red.• Protección.
29Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Cada una de las funciones viene caracterizada por una serie de abstracciones que se han desarrollado para resolver su problemática concreta.
3.- Funciones del sistema operativo
Gestión de procesosEs importante diferenciar entre proceso y programa:• Programa: Lista de instrucciones Ente pasivo Se almacena en
programafuente
programaobjeto
programaejecutable
Compilación Enlace
proceso
Programa: Lista de instrucciones. Ente pasivo. Se almacena en ficheros.
• Proceso: Ejecución de un programa. Ente activo. Requiere que el programa se cargue previamente en memoria.
30Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Biblioteca demódulosobjeto programa
ejecutable
proceso
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 16
3.- Funciones del sistema operativo
Gestión de procesos (ii)
• Problemática:Ejecución concurrente: Simular la ejecución paralela de varios programas sobre un único procesador (repartiendo para ello el tiempo del procesador entre los procesos).Planificación de procesos: Determinar a qué proceso se le asigna el procesador en cada instante.
31Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• Funciones:Creación y eliminación de procesos.
Comunicación y sincronización de procesos.
3.- Funciones del sistema operativo
Gestión de la memoria • Está asociada a la gestión de procesos:
Para ejecutar un proceso es necesario asignarle memoria y cargarlo en ellaPara ejecutar un proceso es necesario asignarle memoria y cargarlo en ellaCuando finaliza su ejecución, la memoria debe ser liberada.
• ProblemáticaAislamiento del proceso: Cada proceso debe tener una zona de memoria independiente.Asignación de la memoria: Hay que llevar el control de las zonas de memoria libres y ocupadas y la zona de memoria asignada a cada proceso.Memoria virtual: Técnica que permite direccionar la memoria desde un punto d i t ló i i d d d l t ñ l bi ió d l d i
32Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
de vista lógico, sin depender del tamaño o la ubicación de la zona de memoria que finalmente se asigne al proceso.
• Funciones: La gestión de memoria es transparente al programador: la asignación y la liberación se hacen automáticamente con la creación y eliminación de procesos.
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 17
3.- Funciones del sistema operativo
Gestión de ficheros• Fichero:Ab t ió d fi i l ió d i f ió látil SAbstracción para definir una colección de información no volátil. Su objetivo es proporcionar un modelo de trabajo sencillo con los discos.
• Problemática:Organización del sistema de ficheros: directoriosAsignación de espacio en disco a la información (de manera no necesariamente contigua).G tió d l i lib d di
33Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Gestión del espacio libre y ocupado en disco.Protección.
• Funciones para la gestión de ficheros:Creación y eliminación de ficheros y directorios.Manipulación de ficheros y directorios (lectura, escritura, copia, ...).
3.- Funciones del sistema operativo
Gestión de dispositivos de E/S• ObjetivoProporcionar una interfaz de alto nivel de los dispositivos de E/S sencilla de utilizar. En algunos sistemas esta interfaz es semejante a la de los ficheros.
• ProblemáticaManejadores de dispositivos (drivers): Componentes del sistema operativo que ocultan la complejidad y las peculiaridades del hardware de E/S y ofrecen una interfaz
34Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
y las peculiaridades del hardware de E/S y ofrecen una interfaz independiente del dispositivo. El manejador (software) se encarga de realizar la programación de los controladores de dispositivos (hardware).Planificar el uso de los dispositivos: Proporcionar acceso exclusivo, spooling, etc.
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 18
Gestión de la redComprende varios niveles:
3.- Funciones del sistema operativo
Manejadores (drivers) de tarjetas de red.
Protocolos de comunicación (TCP/IP, NetBIOS, etc.): Resuelven el acceso a la red y proporcionan una interfaz para comunicación entre procesos remotos.
Aplicaciones para uso de la red (WWW FTP etc )
35Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Aplicaciones para uso de la red (WWW, FTP, etc.). Son programas de aplicación, construidos sobre la interfaz de comunicación, que facilitan el acceso a recursos remotos (ficheros, información,...)
Protección y seguridadMecanismo para permitir o denegar el acceso de un proceso de un usuario determinado a un recurso (ficheros, dispositivos de
3.- Funciones del sistema operativo
( , pE/S).
• Problemática:Diseño de un modelo y una política de protección para definir qué accesos son legales y cuáles son ilegales.Implementación de un mecanismo ejecutivo que vigile el cumplimiento de las reglas de protección definidas.Seguridad: Mecanismo para garantizar la privacidad de la
36Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
información frente a ataques intencionados por parte de intrusos. Muchos de ellos se basan en técnicas para autenticar usuarios y codificación criptográfica.
• Funciones:Funciones para definir “propietarios” de recursos o niveles de protección.
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 19
Contenidos
1.- Concepto de sistema operativo2.- Evolución de los sistemas operativos3.- Funciones del sistema operativo4.- Modelo básico de un sistema
informático• Funcionamiento de un sistema informático• Protección Hardware • Arquitectura general del sistema
37Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
q g
5.- Llamadas al sistema6.- Programas del sistema
disco disco impresoraCintas
magnéticas
4.- Modelo básico de un sistema informático
Sistema Informático: Arquitectura Hardware
Controladorde disco
Controladorde impresora
Controladorde cinta
bus del sistema
disco disco p magnéticas
38Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Controlador de memoria
Memoria
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 20
4.- Modelo básico de un sistema informático
Sistema Informático: Arquitectura Hardware (ii)• Los dispositivos de E/S y la CPU pueden trabajar
simultáneamente.simultáneamente.
• Cada controlador de dispositivo se encarga de un tipo de dispositivo.
Cada controlador de dispositivo tiene un buffer local y un conjunto de registros de propósito especial.
39Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• Programación del dispositivoLa CPU copia datos desde la memoria principal al buffer local del manejador y viceversaEl controlador del dispositivo informa a la CPU de que ha finalizado la operación generando una interrupción.
4.- Modelo básico de un sistema informático
Sistema Informático: Interrupciones • Cuando ocurre una interrupción, el hardware transfiere el
control al sistema operativo automáticamente.• En concreto,
se transfiere el control al vector de interrupción que almacena las direcciones de todos los manejadores de interrupción, y desde allí......se salta al manejador (o rutina de servicio de interrupción) concreto correspondiente al tipo de interrupción ocurrida.
• El hardware debe salvar la dirección de la instrucción
40Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• El hardware debe salvar la dirección de la instrucción interrumpida, para poder continuar con su ejecución una vez finalizado el proceso de la interrupción.
• Normalmente, mientras se está procesando una interrupción, el sistema operativo mantiene inhabilitadas el resto de interrupciones.
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 21
4.- Modelo básico de un sistema informático
Protección Hardware: Necesidad
• La ejecución simultánea de distintos procesos conlleva la compartición de los recursos hardware del computador entre dichos procesos.
• Esta compartición obliga al sistema operativo a conseguir que un programa incorrecto (o malicioso) no provoque la
41Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
ejecución incorrecta de otros programas.
• Para conseguir este objetivo, el sistema operativo utiliza los modos de ejecución del procesador
4.- Modelo básico de un sistema informático
Protección Hardware: Modos de ejecución• Los procesadores modernos proporcionan la posibilidad de
f i di ti t d d d d d d fifuncionar en distintos modos, donde en cada modo se define un subconjunto válido de instrucciones que se permiten ejecutar.
• Para conseguir la protección hardware necesaria por el sistema operativo, el procesador debe proporcionar al menos dos modos de ejecución:
Modo usuario: En este modo se ejecutan las instrucciones de los procesos de usuario Sólo un subconjunto restringido de instrucciones están
42Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
usuario. Sólo un subconjunto restringido de instrucciones están disponiblesModo supervisor (privilegiado, kernel, monitor o sistema): En este modo se ejecutan las instrucciones del sistema operativo. El conjunto completo de las instrucciones del procesador está disponible (no hay restricciones)
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 22
4.- Modelo básico de un sistema informático
Protección Hardware: Modos de ejecución (ii)
• Normalmente, en el procesador existe un bit que indica en qué modo se encuentra actualmente: supervisor (0) / usuario (1)encuentra actualmente: supervisor (0) / usuario (1)
• ¿Cómo se conmuta de un modo a otro?De modo usuario a supervisor: lo realiza el hardware cuando se recibe una interrupción. Así, el sistema operativo se ejecuta en modo supervisor.
De modo supervisor a usuario: lo realiza el hardware, justo antes de volver del tratamiento de la interrupción al proceso interrumpido. Así, el proceso de usuario sigue su ejecución en modo usuario.
43Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
supervisor usuario
Interrupción
Activar modo usuario
4.- Modelo básico de un sistema informático
Protección Hardware: Modos de ejecución (iii)
• Las instrucciones disponibles en modo supervisor y que no lo están en modo usuario se denominan instrucciones privilegiadas.
• Estas instrucciones están asociadas principalmente a tres tipos de protección:
44Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
A) Protección de la Entrada/Salida
B) Protección de la memoria
C) Protección del procesador
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 23
4.- Modelo básico de un sistema informático
A) Protección de E/S • Todas las instrucciones de E/S son privilegiadas.• Se debe asegurar que un programa de usuario nunca pueda
obtener el control del computador en modo supervisor:Por ejemplo, se debe impedir que un programa pueda cambiar durante su ejecución una dirección en el vector de interrupciones.
• Esto implica que:Se debe proporcionar protección de memoria para al menos
45Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Se debe proporcionar protección de memoria para al menos el vector de interrupciones y los manejadores de interrupciónEn general, se requiere proteger la memoria del sistema operativo del acceso por parte de los programas de usuario, y proteger la memoria de cada proceso del acceso de los demás programas de usuario.
B) Protección de memoria • Existen dos registros que determinan
el rango de direcciones válidas a las
4.- Modelo básico de un sistema informático
Sistemaoperativo
256000
0
que se permite acceder a un proceso:registro basemantiene la menor dirección física de memoria permitida.
registro límite:contiene el tamaño del rango. El rango válido va desde la dirección lógica cero a la “límite -1”.
registro límite
registro base
Proceso deusuario 1
Proceso dei 3
Proceso deusuario 2
420940
300040
120900
300040
46Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• El sistema operativo mantiene el valor de ambos registros para cada proceso
• Para cada proceso, la memoria ubicada fuera de su rango está protegido mediante el siguiente mecanismo
registro límiteusuario 3
Proceso deusuario 4
1024000
880000
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 24
B) Protección de memoria (ii): Mecanismo• Cada acceso de memoria generado en modo usuario:
4.- Modelo básico de un sistema informático
trap al sistema operativo (error de direccionamiento)
MEMORIA
+
300040
<
120900
Sí
No
dirección
47Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• Sin embargo, en modo supervisor, el sistema operativo tiene acceso sinrestricciones tanto a la memoria de usuario como a la de sistema.
• Las instrucciones de carga de los registros base y límite son privilegiadas.
Registrobase
Registrolímite
4.- Modelo básico de un sistema informático
C) Protección de la CPU • Hay que evitar que un proceso de usuario se apropie de la CPU (si
nunca hace E/S, puede no dejar ejecutarse a nadie más durante mucho tiempo).
• Para ello, el sistema operativo se sirve de un temporizador (timer) hardware.
• Cuando transcurre el tiempo que ha especificado el sistema operativo, el temporizador interrumpe a la CPU, dando al sistema la oportunidad d j t A í l i t ti l t l
48Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
de ejecutarse. Así se asegura que el sistema mantiene el control.
• Además, los temporizadores son utilizados por el sistema para Implementar los sistemas de tiempo compartido. Registrar la hora en curso
• La carga de un temporizador es una instrucción privilegiada.
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 25
4.- Modelo básico de un sistema informático
Arquitectura general del sistema Dado que las instrucciones de E/S son privilegiadas, ¿cómo
li l d i i d E/S ?realizan los procesos de usuario operaciones de E/S ?
49Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Llamadas al sistema
Contenidos
1.- Concepto de sistema operativo2.- Evolución de los sistemas operativos3.- Funciones del sistema operativo4.- Modelo básico de un sistema
informático 5.- Llamadas al sistema6.- Programas del sistema
50Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 26
5.- Llamadas al sistema
Concepto• Es el método utilizado por un proceso de usuario para solicitar
servicios al sistema operativoservicios al sistema operativo• Por tanto, el conjunto de llamadas al sistema define:
El conjunto de servicios básicos que proporciona el sistema operativoLa interfaz entre un proceso y el sistema operativo.
Implementación
51Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• Habitualmente toma la forma de una excepción (trap) a una posición específica del vector de interrupciones (interrupción software)
• Normalmente se proporciona una interfaz como funciones de biblioteca de lenguajes de programación que ocultan el trap y dan la apariencia de llamadas a procedimientos o funciones predefinidas.
Programa de usuario 2
....... Programas de usuario
5.- Llamadas al sistema
Secuencia de acciones asociadas a una llamada al sistema
Programa de usuario 2
Programa de usuario 1
Modo Usuario
Mem
oria
prin
cipa
l Llamada al sistema Trap o int. software
Determinación del servicio
Llamada al p.servidor
Retorno del control
52Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Sistema OperativoModo supervisor o kernel
M
Procedimiento Servidor
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 27
Gestión de procesos Descripciónpid = fork ( ) Crear un proceso hijo
5.- Llamadas al sistema
Ejemplo: llamadas al sistema de Unix
pid = fork ( ) Crear un proceso hijos = waitpid (pid, status, opts) Esperar finalización de un hijos = execve(name, argv, envp) Cambiar imagen de memoriaexit(status) Invocar finalización y devolver estado
Gestión de señales Descripcións = sigaction (sig, act, oact) Especificar una acción para una señals = kill (pid sig) Enviar una señal a un proceso
53Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
s kill (pid, sig) Enviar una señal a un procesoresidual = alarm (seconds) Planificar una señal SIGALRM al cabo de un tiempos=pause () Suspender el que invoca hasta que llegue una señal
Gestión de memoria Descripciónsize = brk (addr) Modificar tamaño seg. de datos (no POSIX)
Gestión de ficheros/directorios Descripciónfd = creat(name mode) Crear un fichero
Ejemplo: llamadas al sistema de Unix (ii)
5.- Llamadas al sistema
fd = creat(name, mode) Crear un ficherofd = open(file, how) Abrir un fichero para lectura y/o escrituras = close(fd) Cerrar un fichero abierton = read (fd, buffer, nbytes) Leer de un desc. de fichero sobre un buffern = write (fd, buffer nbytes) Escribir de un buffer sobre un desc. de ficheropos = lseek (fd, offset, whence) Posicionar el puntero de posicións = stat (name,buf), Obtener atributos de un fichero de su nodo-is = mkdir(name, mode) Crear un directorio
54Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
s mkdir(name, mode) Crear un directorios = rmdir(name) Borrar un directorio vacíos = link (name1, name2) Crear una entrada de directorio para un fichero existentes = unlink(name) Borrar una entrada de directorios = chdir(dirname) Cambiar el directorio de trabajos = chmod(name, mode) Cambiar bits de protección de un fichero
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 28
En resumen, los sistemas operativos modernos son programas dirigidos por eventos
5.- Llamadas al sistema
p g g p
• Si no hay procesos que ejecutar, ni dispositivos de E/S que atender, ni usuarios a los que responder, el sistema operativo permanecerá parado a la espera de que ocurra algún evento.
• Los eventos se señalan mediante interrupciones (hardware
55Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
o software).
Contenidos
1.- Concepto de sistema operativo2.- Evolución de los sistemas operativos3 F i d l i t ti3.- Funciones del sistema operativo4.- Modelo básico de un sistema
informático 5.- Llamadas al sistema6.- Programas del sistema
• Concepto
56Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• Clasificación• Intérprete de órdenes
Órdenes externasÓrdenes internas
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 29
6.- Programas del sistema
Concepto• Utilidades del sistema operativo que se ejecutan como
procesos de usuario y proporcionan un entorno más cómodoprocesos de usuario y proporcionan un entorno más cómodo.• Son programas escritos en un lenguaje de programación (como C)
que realizan llamadas al sistema.
Clasificación• Intérpretes de órdenes: sh, ksh, bash• Tratamiento de ficheros y directorios: mkdir, cp, mv, ls, etc.
57Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
y , p, , ,• Filtros: grep, sort, head, tail, etc.• Desarrollo de programas: editores, compiladores, ensambladores,
etc.• Sistemas de ventanas: X11• Comunicaciones: mail, ftp, rlogin, etc.
6.- Programas del sistema
Intérprete de órdenes
• Es la interfaz primaria entre el usuario y el sistema p yoperativo.
• Es un programa que lee de su entrada estándar una orden introducida por un usuario, la analiza y la ejecuta.
• En la mayoría de sistemas operativos, el intérprete de órdenes es un programa que se ejecuta como un proceso de usuario
58Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
de usuario.
• Ejemplos: el Shell de Unix y el COMMAND.COM de MS-DOS
• Ofrecen dos tipos de órdenes: externas e internas
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 30
Órdenes externas• El intérprete de órdenes crea un proceso para ejecutar la
6.- Programas del sistema
p p p jorden. De esta forma, la orden es en realidad cualquier fichero ejecutable.
• Ejemplo: cp f1 f2
Órdenes internas
59Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• El intérprete de órdenes ejecuta él mismo la orden. Es decir el código que ejecuta la orden forma parte del propio intérprete.
• Ejemplo: cd /home
1.- Concepto de sistema operativo2.- Evolución de los sistemas operativos
Contenidos
3.- Funciones del sistema operativo4.- Modelo básico de un sistema
informático 5.- Llamadas al sistema6.- Programas del sistema
60Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Resumen de conceptos básicos
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 31
Resumen conceptos básicos
Sistema operativoPrograma que actúa como interfaz entre los usuarios y el h d d l t dhardware del computador.
Objetivos:• Comodidad: Facilitar el uso de la máquina a los usuarios, proporcionando un entorno cómodo para el desarrollo y ejecución de programas y para el acceso a los recursos de la máquina.
f
61Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• Eficiencia: El sistema operativo debe administrar los recursos (hardware y sofware) de la máquina de forma que se aprovechen de la manera más conveniente.
Resumen conceptos básicos
• Núcleo del s.o.: Parte residente del s.o., que se carga al arrancar la máquina y se mantiene siempre en memoria.P d i A li i h h
shell compila-dor
copy
Núcleodel s.o.
Procesosde usuarioLlamadasal sistema
• Procesos de usuario: Aplicaciones hechas por programadores que se ejecutan sobre el s.o. Piden los servicios del s.o. invocando “llamadas al sistema”.
• Llamadas al sistema: Interfaz formada por un conjunto de servicios que el s.o. ofrece a los procesos de usuario.P d l i t Utilid d d l
62Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Hardware • Programas del sistema: Utilidades del s.o. que se ejecutan como procesos de usuario (fuera del núcleo). Ejemplos:
Editores, compiladores, montadores, ...Programas o ventanas para manipulación de ficheros y directorios (copy, mkdir, ...)Programas de acceso a la red
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 32
Resumen conceptos básicos
Modos de ejecución• La mayor parte de los procesadores actuales tienen como mínimo dos
modos de funcionamiento o de ejecución:S i i il i d E ibl d t d l i t iSupervisor o privilegiado: Es posible acceder a todas las instrucciones del procesador. Con ello se pueden utilizar todos los recursos, y realizar acciones tales como programar los controladores de dispositivo, atender interrupciones, programar la unidad de gestión de memoria (MMU), etc.
Usuario: En este modo no se pueden utilizar las instrucciones del procesador relacionadas con la E/S, la gestión del modo de ejecución, la gestión de la memoria y otras. Estas instrucciones se catalogan como privilegiadas.
63Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• En modo supervisor únicamente se ejecuta el sistema operativo. Por tanto es el único programa que tiene control y acceso a todos los recursos.
• En modo usuario se ejecutan los demás programas. Para utilizar los recursos no accesibles en modo usuario (aquellos que requieran instrucciones privilegiadas), se tienen que realizar llamadas al sistema.
7.- Concepto de proceso
5.- Llamadas al sistema6.- Programas del sistema7.- Concepto de proceso8.- Conceptos de planificación.9.- Criterios de planificación.10 - Algoritmos de planificación
64Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
10. Algoritmos de planificación.11.- Evaluación de Algoritmos.
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 33
Concepto de proceso:Existen diferentes visiones complementarias del
7.- Concepto de proceso
concepto de proceso:• Programa en ejecución.• Unidad de asignación de recursos.• Proceso como procesador virtual.
65Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Proceso como programa en ejecución:• Programa: Lista de instrucciones. Ente pasivo.
7.- Concepto de proceso
• Proceso: Programa en ejecución. Ente activo.
programafuente
programaobjeto
Compilación Enlace
Procesoprogramaejecutable
66Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Biblioteca demódulos
objeto
programaejecutable
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 34
Proceso como unidad de asignación de recursos: • Para ejecutar un programa se necesita un entorno formado
i d i d i t d
7.- Concepto de proceso
por una serie de recursos: memoria, descriptores de ficheros y otros atributos del proceso.
• Un proceso se puede considerar como la unidad de propiedad de todos esos recursos.
Tiempode CPU
P1
67Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Memoria Tabla dedescriptores
ficheros
Otrosatributos
P1
Proceso como procesador virtual: • Proceso: cada una de las actividades paralelas que se ejecutan en
la máquina
7.- Concepto de proceso
la máquina. • El sistema operativo simula la existencia de n procesadores
virtuales (procesos) a partir de una CPU o procesador físico.
Proceso 1 Proceso 2 Proceso n
68Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 35
Ejecución secuencial y ejecución concurrente.• Ejecución secuencial: La ejecución de un proceso se
7.- Concepto de proceso
dice que es secuencial porque sus operaciones son ejecutadas por la CPU una tras otra, en el orden que dicte el programa.
• Ejecución concurrente: La ejecución de dos procesos se dice que es concurrente porque estos se pueden ejecutar en paralelo.
Concurrencia real: Si cada proceso se ejecuta sobre una
69Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Concurrencia real: Si cada proceso se ejecuta sobre una CPU.Concurrencia virtual: La CPU reparte su tiempo entre los procesos para simular su ejecución paralela.
Proceso P0
Estructura de un proceso
7.- Concepto de proceso
E/SCPU E/SCPU CPU
Multiprogramación: Se intercalan ráfagas de CPU con ráfagas de E/S
Proceso P0
70Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
E/SCPU E/SCPU CPU
E/S E/SCPU CPU CPU
Proceso P1
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 36
Estados de un procesoAl ejecutar un proceso éste va cambiando de estado. El estado
f
7.- Concepto de proceso
de un proceso se define como el comportamiento que presenta en un instante dado:
• Activo: El proceso se puede ejecutar. No hay impedimentos en asignarle alguna CPU.
Ejecución: El proceso tiene asignada una CPU, las instrucciones se están ejecutando.Preparado: El proceso puede ser ejecutado pero está esperando que se le asigne una CPU libre Puede haber varios procesos en este
71Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
se le asigne una CPU libre. Puede haber varios procesos en este estado.
• Suspendido: No puede ser ejecutado porque el proceso se encuentra esperando un evento como:
la finalización de una operación de E/S (una lectura de teclado)la comunicación con otro proceso, etc.
Diagrama de estados y transiciones
Proceso terminadopor otro proceso
ACTIVO
NUEVO
PREPARADO
TERMINADO
EN EJECUCIÓN
Admitido
Expulsión
Elegido PlanificadorTerminación
72Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
SUSPENDIDO
Esperar E/So evento
Fin E/So
llegada eventoProceso terminadopor otro proceso
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 37
Operaciones sobre procesos (1)• Creación: Supone asignar todos los recursos que el proceso
necesita para su ejecución, como p.e. memoria.
7.- Concepto de proceso
p j , pEjemplo en UNIX: fork(). La utiliza el proceso init para crear un proceso que gestione cada terminal y el shell cada vez que recibe una nueva orden del usuario (si ésta es externa).
• Terminación: Supone liberar los recursos previamente asignados al proceso. Esta terminación puede ser:
Terminación normal: El proceso invoca su propia terminación.Ejemplo en UNIX: exit()
73Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Ejemplo en UNIX: exit()Terminación anormal: El proceso termina por iniciativa del sistema operativo al detectar alguna condición de error (violación de límites, errores aritméticos) o por iniciativa de algún otro proceso.Ejemplo en UNIX: kill() y señales.
Operaciones sobre procesos (2):• Suspensión: Supone pasar un proceso al estado
suspendido para que espere un evento o E/S
7.- Concepto de proceso
suspendido para que espere un evento o E/S.Ejemplo en UNIX: read() sobre un tubo vacío.
• Activación: Pasar un proceso al estado activo cuando se produce el evento que esperaba.
Ejemplo en UNIX: un proceso efectúa un write() sobre un tubo en el que había un lector esperando. El lector se reactiva.
74Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 38
8.- Concepto de planificación
5.- Llamadas al sistema6.- Programas del sistema7.- Concepto de proceso8.- Concepto de planificación.9.- Criterios de planificación.10 - Algoritmos de planificación
75Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
10. Algoritmos de planificación.11.- Evaluación de Algoritmos.
Recursos reutilizables en serie• Escasez de recursos: el número de recursos es
8.- Concepto de planificación
inferior al número de procesos que compiten por ellos.• Recursos reutilizables en serie: aquellos que sólo
pueden estar asignados a un proceso en un instante de tiempo dado. Ejemplos: Impresoras, CPU.
• Planificación de recursos: Con recursos reutilizables en serie el s.o. tiene que aplicar una política para
76Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
asignar recursos a los procesos.
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 39
PlanificadorElemento del sistema operativo que determina a qué
8.- Concepto de planificación
proceso se le asigna un determinado recurso (p. e. CPU) en cada instante de tiempo, de acuerdo con alguna política.En el caso de que el recurso a asignar sea la CPU se distinguen entre tres planificadores:
• Planificador a largo plazo.
77Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• Planificador a medio plazo• Planificador a corto plazo.
Diagrama de colas del sistema
Proceso
Planificador a largo plazo
Planificador aCola de procesos
Proceso nuevo
Expulsión
Procesoterminado
Cola de procesospreparados CPU
Planificador a corto plazo
Cola de procesosesperando ejecución
Cola de procesosparcialmente
ejecutados
Planificador a medio plazo
78Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Cola de procesosesperando sucesoSuceso
Cola de procesosesperando E/SE/SRecursos
Colas…
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 40
Planificador a largo plazo• En un sistema de procesos por lotes, los procesos recién
incorporados permanecen detenidos en una cola de procesamiento
8.- Concepto de planificación
por lotes, en el disco. El planificador a largo plazo creará procesos a partir de la cola cuando sea posible (carga en memoria los procesos de nueva creación)
• Dos son las decisiones que toma el planificador a largo plazo:Cuando crear un nuevo proceso: controla el grado de multiprogramación.Cuál va a ser el siguiente proceso a admitir: algoritmo FCFS (first-come first-served), prioridades, tiempos de ejecución esperados, exigencias E/S.
C t l l d d lti ió j t d
79Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• Controla el grado de multiprogramación: conjunto de procesos que residen simultáneamente en memoria y se ejecutan concurrentemente.
• Selecciona procesos de la cola de procesos que están esperando ser ejecutados y los carga en memoria.
• Se ejecuta con poca frecuencia, ya que pueden transcurrir minutos entre la creación de nuevos procesos en el sistema.
Procesos orientados a CPU u orientados a E/S• Un proceso orientado a CPU es aquel que invierte la mayor parte
de su tiempo en efectuar cálculos y genera solicitudes de E/S con
8.- Concepto de planificación
de su tiempo en efectuar cálculos y genera solicitudes de E/S con poca frecuencia.
• Un proceso orientado a E/S es aquel que emplea más tiempo en realizar E/S que en efectuar cálculos.
Proceso orientado a CPU
CPU E/S CPU E/S CPU
80Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
El planificador a largo plazo debe seleccionar una mezcla adecuada de procesos orientados a CPU y orientados a E/S.
CPU E/S CPU E/S CPU
Proceso orientado a E/S
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 41
Planificador a medio plazo (gestiona el espacio de intercambio)• Cuando un usuario se conecta al sistema, se genera una solicitud
de crear un proceso los usuarios de tiempo compartido no pueden
8.- Concepto de planificación
de crear un proceso, los usuarios de tiempo compartido no pueden ser puestos en una cola y esperar a que el sistema pueda aceptarlos (no planificador a largo).
• En ocasiones es interesante sacar procesos de memoria para reducir el grado de multiprogramación o para mejorar la mezcla de procesos (orientados a CPU o E/S).
• Se encarga de controlar qué procesos, de entre todos los iniciados deben estar en memoria (preparados) y qué otros deben estar en el
81Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
deben estar en memoria (preparados) y qué otros deben estar en el espacio de intercambio.
• El planificador a medio plazo se encarga de sacar el proceso y volverlo a introducir más tarde. El proceso continuará su ejecución a partir del punto donde se había quedado.
• A este esquema comúnmente se le denomina “swapping”.
Planificador a corto plazo• Selecciona un proceso de la cola de procesos preparados
j ió l i l CPU
8.- Concepto de planificación
para ejecución y le asigna la CPU. • Se ejecuta con mucha frecuencia. El proceso seleccionado
quizás se ejecute únicamente durante unos milisegundos antes de iniciar una solicitud de E/S.
• Se ejecuta cuando ocurre un evento que conduce a la interrupción del proceso actual, expulsando el proceso a favor de otro Ejemplos de eventos:
82Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
favor de otro. Ejemplos de eventos:Interrupciones de reloj.Interrupciones de E/S.Llamadas al sistema operativo.Señales.
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 42
9.- Criterios de planificación
8 Conceptos de planificación8.- Conceptos de planificación.
9.- Criterios de planificación.10.- Algoritmos de planificación.11.- Evaluación de Algoritmos.
83Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Criterios de planificaciónAlgunos de los criterios y características que un planificador debe
9.- Criterios de planificación
conseguir son:• Utilización: Los recursos se han de mantener tan ocupados como sea
posible. Tiempo_recurso_ocupado / Tiempo_total
• Rendimiento: Maximizar el número de tareas procesadas por unidad
de tiempo.
84Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Número_de_trabajos_terminados / Tiempo_total
• Tiempo de retorno: Tiempo que tarda en ejecutarse un proceso.
Tiempo de salida - Tiempo de entrada = ∑ TCPU + ∑ TE/S + ∑ TColas
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 43
Criterios de planificación (2):• Tiempo de espera:
9.- Criterios de planificación
Tiempo que un proceso está en la cola de procesos preparados.
• Tiempo de respuesta:Tiempo que transcurre desde que se presenta una solicitud hasta que el sistema comienza a contestar (en procesos interactivos).
• Equidad:
85Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
qu dadGarantizar que cada proceso obtiene la proporción justa de CPU. Es decir, que los procesos sean tratados de manera igualitaria. El extremo opuesto a equidad sería inanición.
Optimización de los criterios de planificación.No se pueden optimizar todos los criterios a la vez porque algunos de ellos son contrapuestos. Cada tipo de sistema
9.- Criterios de planificación
g p ptiene sus prioridades:
• Sistema por lotes: Maximizar utilización y rendimiento y minimizar el tiempo de retorno y de espera.
• Sistemas interactivos: Proporcionar equidad y hacer el tiempo de respuesta razonable y predecible.
86Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
La multiprogramación en sí misma supone una mejora de muchos de los criterios anteriores respecto a la ejecución secuencial. Los algoritmos de planificación también tienen como objetivo mejorar algunos de los criterios mencionados.
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 44
SIN MULTIPROGRAMACIÓN
Utilización CPU = 6/10 = 60Productividad = 2 trabajos/10 = 0.2
9.- Criterios de planificación
E/SCPU E/SCPU CPU E/SCPU E/SCPU
Proceso P0 Proceso P1Tiempo de retorno = (5+10)/2 = 7.5
Utilización CPU = 100%Productividad = 2 trabajos /6 = 0 33
CON MULTIPROGRAMACIÓNSe intercalan ráfagas de CPU con ráfagas de E/S
CPU
87Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
= 0.33Tiempo de retorno = (5 + 6)/2 = 5.5Este representa un caso extremo. En el caso de TCPU<< TE/S la utilización de la CPU sería < 100%
Proceso P0
E/SCPU E/SCPU CPU
E/S E/SCPU CPU CPU
Proceso P1
10.- Algoritmos de planificación
8 - Conceptos de planificación8.- Conceptos de planificación.9.- Criterios de planificación.
10.- Algoritmos de planificación.11.- Evaluación de Algoritmos.
88Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 45
ObjetivoDecidir a cuál de los procesos que están en la cola de
10.- Algoritmos de planificación
procesos listos se le asignará la CPU.Clasificación de algoritmos de planificación:• Por orden de llegada (FCFS).• Circular (RR, round-robin)• Por prioridades
Sin expulsión (“Non preemptive”) / Con expulsión
89Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
p ( p p ) p(“Preemptive”)Estáticos / Dinámicos
• Combinación de algoritmos: Clases de prioridades.
Servicio por orden de llegada (FCFS : “first-come, first-served”)La CPU es asignada a todos los procesos en el mismo orden que lo solicitan. Proceso T llegada T CPU
10.- Algoritmos de planificación
lo solicitan. Proceso T. llegada T. CPUP1 0 24P2 0 3P3 0 3
0 24 27 30
P1 P2 P3
Caso 1) Orden de llegadaP1, P2, P3
T. de espera medio:(0 + 24 + 27) / 3 = 17
90Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
0 3 6 30
P1P2 P3
Caso 2) Orden de llegadaP2, P3, P1
T. de espera medio:(6 + 0 + 3) / 3 = 3
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 46
Servicio por orden de llegada (FCFS : “first-come, first-served”)Propiedades
Sin expulsión: Cuando un proceso tiene asignada la CPU la conserva hasta
10.- Algoritmos de planificación
•Sin expulsión: Cuando un proceso tiene asignada la CPU, la conserva hasta que desee liberarla, bien sea porque finaliza o por solicitud de una E/S.
Ventajas•Fácil de implementar
Inconvenientes•No optimiza el tiempo de espera: es muy variable en función del orden de llegada de los procesos y la duración de los intervalos de CPU.•Efecto convoy: Los trabajos largos retrasan a los cortos (por ejemplo: piense
91Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
•Efecto convoy: Los trabajos largos retrasan a los cortos (por ejemplo: piense en un sistema con un único trabajo con largas ráfagas de CPU y muchos trabajos con ráfagas cortas de CPU).•No es adecuado para sistemas interactivos: Por ser sin expulsión un trabajo con una ráfaga de CPU larga puede provocar una espera larga a otros usuarios.
Prioridad al trabajo más breve ( SJF: shortest-job-first )
10.- Algoritmos de planificación
• Se asocia a cada trabajo (proceso) la duración del siguiente intervalo de CPU que van a necesitar (NO es como una FIFO).
• Se asigna la CPU al trabajo con menor tiempo asociado.• Sin expulsión: cuando un proceso tiene asignada la CPU, la
conserva hasta que desee liberarla.
92Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 47
Ejemplo: Prioridad al trabajo más breve (SJF).
10.- Algoritmos de planificación
Procesos Instante de llegada DuraciónP1 0 7P2 2 4P3 4 1P4 5 4SJF (sin expulsión)
•Media del tiempo de espera: (0 + 6 + 3 + 7) / 4 = 4P1 P2P3 P4
93Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
0 7 8 12 16
Tiempo de espera medio: (0 + 3 + 6 + 7) / 4 = 4
Variante con expulsión del SJF ( SRTF: Shortest Remaining Time First )
10.- Algoritmos de planificación
Prioridad al que le resta menos tiempo (para finalizar)• La CPU es asignada al proceso que le queda menos tiempo
para acabar la ráfaga de CPU en curso.• Variante con expulsión de SJF: Si llega un proceso con un
intervalo de CPU inferior al tiempo que le falta al proceso en ejecución para abandonar la CPU, entonces el nuevo proceso se hace con la CPU
94Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
proceso se hace con la CPU.
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 48
Ejemplo del SRTF.P ro ceso s T . L leg ad a D u rac ió n
P1 0 7P2 2 4P3 4 1P4 5 4
Diagrama de Gantt
10.- Algoritmos de planificación
0 7 11
P1 P2 P3 P4
16
P1P2
2 4 5
Cronograma por procesos
P1
P2
95Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Media del tiempo de espera: (9 + 1 + 0 + 2 ) / 4 = 3
P2
P3
P4
SRTF: Shortest Remaining Time First Ventajas
10.- Algoritmos de planificación
• SRTF optimiza la media de tiempo de espera.Inconvenientes• El tiempo del siguiente intervalo de CPU es difícil de
predecir porque no sabemos a priori si nos va a interrumpir la entrada de un nuevo proceso con intervalo de CPU menor. Esto lo hace difícil de implementar para un
l ifi d t l (E l i t l t l
96Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
planificador a corto plazo.(En los sistemas por lotes el usuario puede aportar información).
• Posibilidad de inanición: los trabajos largos no se ejecutarán mientras haya trabajos cortos.
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 49
Planificación SJF/SRTFAunque no se conoce la longitud de la siguiente ráfaga se puede
predecir su valor esperando que sea de longitud similar a las
10.- Algoritmos de planificación
p p q ganteriores.Estimación del siguiente intervalo de CPU
Se utiliza la media exponencial:T n+1 = α tn + (1 - α) Tn
• tn: tamaño real del n-ésimo intervalo de CPU• Tn: Tamaño estimado del n-ésimo intervalo de CPU.• α : coeficiente exponencial 0 < α < 1
97Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• Caso α = 1, los datos históricos son irrelevantes y sólo tiene importancia la ráfaga más reciente de CPU. T n+1 = tn
• Caso α = 0, la historia reciente no tienen efecto, se supone que las condiciones actuales son transitorias. T n+1 = Tn
• Es habitual que α = 1/2, por lo que la historia reciente y antigua se ponderan de igual manera.
Planificación SJF/SRTFEstimación del siguiente intervalo de CPUDesarrollando la fórmula y sustituyendo T n+1 por tn llegamos a:
10.- Algoritmos de planificación
T n+1 = α tn + (1 - α) α tn-1 + … + (1 - α)j α tn-j + … + (1 - α)n+1 T0
Puesto que tanto (1 - α) como αson menores o iguales que 1 cada término sucesivo tiene menos peso que el anterior.
6
8
10
12
de r
áfag
a
98Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Ejemplo de promedio
exponencial para α = 1/2, y T0= 10
Ráfaga de CPU: 6 4 6 4 13 13 13Predicción: 10 8 6 6 5 9 11
2
4
long
itud
tiempo
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 50
Planificación por prioridades• Se asocia a cada proceso un número (entero), llamado
i id d d d l ú it i
10.- Algoritmos de planificación
prioridad de acuerdo con algún criterio.• Se asigna la CPU al trabajo con mayor prioridad
(normalmente, menor número).• Ejemplo:
SJF es un caso particular de prioridades en el que la prioridad es 1/T.
99Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Ejemplo:Planificación prioridades
Procesos T. Llegada Duración PrioridadP1 0 7 15P2 2 4 10P3 4 1 5
10.- Algoritmos de planificación
0 7 11
P1 P2 P3 P4
16
P1P2
2 4 5
Diagrama de Gantt
Cronograma por procesos
P3 4 1 5P4 5 4 10
100Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
P1P2P3P4
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 51
Planificación por Prioridades: Variantes• Algoritmos con expulsión/sin expulsión.• Prioridades estáticas/dinámicas
10.- Algoritmos de planificación
• Prioridades estáticas/dinámicas.Prioridades estáticas: La prioridad se asigna antes de la ejecución y no cambia.Prioridades dinámicas: La prioridad cambia con el tiempo.
101Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Planificación por prioridadesProblema de inaniciónUn algoritmo de prioridades es inherentemente poco equitativo
10.- Algoritmos de planificación
Un algoritmo de prioridades es inherentemente poco equitativo. El problema extremo es:
• Inanición: Los procesos con baja prioridad no se ejecutan nunca.Solución:
• Actualización de prioridades: Esquema de prioridades dinámicas, donde la prioridad de un proceso aumenta con el tiempo de espera.
102Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 52
Planificación circular ( RR: Round Robin )• A cada proceso se le asigna una pequeña cantidad de
ti d CPU ll d “ t ” d ti l t
10.- Algoritmos de planificación
tiempo de CPU, llamada “quantum” de tiempo, normalmente 10-100 mseg.Si el proceso tiene un intervalo de CPU mayor que el “quantum”, entonces es expulsado de la CPU y añadido a la cola de procesos listos.
• Si hay n procesos, cada uno obtiene 1/n del tiempo de la CPU en intervalos de q unidades como máximo (en un
103Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
CPU en intervalos de q unidades, como máximo (en un ciclo)
Ejemplo:Planificación circular
Procesos T . L legada DuraciónP1 0 16P2 0 3
10.- Algoritmos de planificación
0 15 19
P1 P2
304 7 11
Diagrama de Gantt
P3 P1 P3 P1 P3 P1
23 26
Cronograma por procesos
P3 0 11Quantum q=4
104Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
P1
P2
P3
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 53
Planificación circularValor del “quantum” de tiempo
10.- Algoritmos de planificación
• Para q grandes: el algoritmo degenera en un algoritmo FCFS.
• Para q pequeños: sobrecarga del sistema -> q ha de ser grande respecto al tiempo necesario para el cambio de contexto, sino la sobrecarga introducida es muy alta. Regla práctica: El 80% de los intervalos de CPU han de ser inferiores al “quantum” de tiempo
105Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
inferiores al quantum de tiempo.
Planificación circularPropiedades:
10.- Algoritmos de planificación
• Equitativo.• El tiempo de espera máximo está limitado por (n -1) q, antes
de recibir su siguiente cuanto de tiempo (en un ciclo)• El tiempo de retorno medio varía con el cuanto de tiempo.• En general es peor que el del algoritmo SRTF. Mejora si un
porcentaje alto de trabajos acaban antes de que acabe el ( )
106Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
cuanto de tiempo (de ahí la regla práctica anterior)
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 54
Planificación con múltiples colasLos procesos se pueden clasificar fácilmente en
10.- Algoritmos de planificación
distintos grupos (interactivos, por lotes, etc.). La cola de procesos preparados consiste en realidad en diversas colas
• Cada cola ha de tener su propio algoritmo de planificación.• Ha de haber un algoritmo de planificación entre colas.
107Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Ejemplos de algoritmos de planificación entre colas:
á
10.- Algoritmos de planificación
• Prioridades estáticas: Los procesos en cola con menor prioridad no se ejecutan mientras haya procesos en cola con mayor prioridad. Posibilidad de inanición.
• Cuotas de tiempo: Cada l tá i d
FCFS (prio. 10)
PRIO (prio. 8)
RR (prio. 6)
SJF (prio 4)
ProcesosSistema
Usuariosprivilegiados
ProcesosInteractivos
Procesos
108Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
cola está asignada a un porcentaje del tiempo de CPU. Ejemplo: el 80% a trabajos interactivos y el 20% a trabajos por lotes.
Colas de procesos preparados
SJF (prio. 4)Por Lotes
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 55
Planificación con múltiples colas realimentadas.• Existen diferentes colas de procesos preparados.
10.- Algoritmos de planificación
• Cada cola posee:Política de planificación.Una prioridad asignada.
• Un proceso puede cambiar de cola de acuerdo con un esquema de actualización de prioridades:
Los procesos con un tiempo de espera acumulado elevado son i d l i id d i
109Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
promocionados a una cola con prioridad superior.Los procesos con un tiempo de utilización de la CPU elevado son degradados a una cola con prioridad inferior.
Planificación con múltiples colas realimentadas.Ejemplo
10.- Algoritmos de planificación
RR [q=8] (prio. 10)
RR [q=16] (prio. 8)
110Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Colas de procesos preparados
FCFS (prio. 6)
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 56
Múltiples colas realimentadasParámetros de las colas realimentadas:
10.- Algoritmos de planificación
• Número de colas.• Prioridad de cada cola.• Método de promoción de un proceso.• Método de degradación de un proceso.• Método para determinar la cola de entrada de un proceso.
111Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Un ejemplo: Planificación de hilos
10.- Algoritmos de planificación
I/Ot10
t11
t12
P1
Algoritmo del sistema operativo
• Round Robin (RR)cuanto = 2
Algoritmo del sistema operativo
• Round Robin (RR)cuanto = 2
112Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
0 1 32
t20
0 5
P2
Algoritmo biblioteca threads• Turno de llegada (FCFS)
Algoritmo biblioteca threads• Turno de llegada (FCFS)
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 57
t10t11 t20
P1 P2
t10t11
t12 t20Un ejemplo: Planificación de hilos
10.- Algoritmos de planificación
P1 P2
Núcleo
t11t12 t20
_Núcleo
P1 P2
t10t11
t12 t20
113Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Threads a nivelde núcleo
Threads de usuario
_
tn1 tn2
tn1 tn4tn2
tn3_
Núcleo
Threads híbridos
tn1 tn2tn3
Planificación de hilos a nivel de núcleo (se trata cada thread como si fuera un usuario diferente)
10.- Algoritmos de planificación
0 1 3 4 6 8 117
tn1 tn4
t10 t11 t12 t20
tn2 tn3 tn1 tn2 tn4
t20t10 t11Usuario
Núcleo
t10
114Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
I/Ot10
t11
t12
0 1 32
P1
t20
0 5
P2 _
P1 P2
Núcleo
tn1 tn4
t11t12 t20
tn2tn3
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 58
Planificación de hilos a nivel de usuario (los threads de un mismo usuario van a la misma cola)
10.- Algoritmos de planificación
0 1 3 5 7 8 9 10 11
tn1
t10 t20 t11 t20
tn2 tn1 tn2 tn1 tn2
t20t11 t12Usuario
Núcleo
t10
tn1
t10
115Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
I/Ot10
t11
t12
0 1 32
P1
t20
0 5
P2 _
P1 P2
Núcleo
t10t11
t12 t20
tn1 tn2
Planificación de hilos en la aproximación híbrida
t10 t20 t11 t20 t20t12 t10 t11
10.- Algoritmos de planificación
0 1 3 5 7 8 9 10 11
tn1
t10 t20 t11 t20
tn2 tn3 tn1 tn2 tn3
t20t12 t10Usuario
Núcleo
t11
tn2t10
t11 t20
116Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
_
P1 P2
Núcleo
t12 t20
tn1 tn2tn3
I/Ot10
t11
t12
0 1 32
P1
t20
0 5
P2
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 59
11.- Evaluación de algoritmos
8.- Conceptos de planificación.9 C it i d l ifi ió9.- Criterios de planificación.10.- Algoritmos de planificación.
11.- Evaluación de Algoritmos.
117Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Es necesario evaluar para cada sistema cual es el algoritmo de planificación más adecuado.
11.- Evaluación de algoritmos
Procesos en la selección de un algoritmo:• (1) Selección de criterios (utilización CPU, t. respuesta,
etc.).• (2) Estudiar la adaptación de cada algoritmo a esos criterios.
118Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 60
Existen diferentes métodos para llevar a cabo dicha evaluación:• Evaluación analítica: Dada la carga de trabajos producir una
fórmula matemática del rendimiento para cada algoritmo de
11.- Evaluación de algoritmos
fórmula matemática del rendimiento para cada algoritmo de planificación.
Modelo determinista: Evaluar el rendimiento para cada caso particular de carga.Modelos de colas: Caracterizar la carga con una distribución estadística (distribución exponencial).
– Caracterizar la tasa de llegada de trabajos.– Caracterizar el tiempo de servicio de un recurso.
119Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
– Hacer análisis estadístico de las redes de colas.Ejemplo: Fórmula de Little n = λ * E n: tamaño medio de la cola, λ tasa media de llegada, E: tiempo medio de espera en la cola.
• Simulaciones: Hacer un modelo, programarlo y ejecutarlo.
Resumen
El S.O. Puede verse como un programa que atiende y sirve los eventos producidos por los procesos y los dispositi osdispositivos. Cuando se da alguno de estos eventos cambia el estado de alguno de los procesos existentes en el sistema o el propio estado del sistema operativo.¿ Qué podemos considerar un evento de este tipo ?• Una llamada al sistema.
120Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
• Una interrupción de un dispositivo de E/S.• Una interrupción de reloj.• Una excepción provocada por el código de un proceso
(Instrucciones ilegales, acceso a memoria no asignada, divisiones por cero, ...).
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 61
Flujo de Control del S.O.
Reloj Interrupción deperiférico
Llamada alSistema
Excepción delProcesador
Activación delSistema Operativo
Anotar elavance del
tiempo
Si tiempo límiteexcedido:
Proceso en ejecución
a preparado
Pasar a preparadoal proceso
que esperaba elfin de la E/S
Finalizar elproceso en ejecución
Resolver lallamada al
sistema
Pasar asuspendido al
proceso enejecución
Crear hijo.Hijo a
preparado
Guardar el contexto del proceso en ejecución en su PCB
Sistema Operativo
121Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Restaurar el contexto del proceso seleccionado
a preparado
Planificador:selección del próximo
proceso
Anexo I: Interrupción Hw
Ejemplo de Interrupción Hw programada por el puerto paralelo
//********************************************************************************////** EJEMPLO DE INTERRUPCIONES HW POR PUERTO PARALELO //********************************************************************************
#include <stdio.h>#include <dos.h>
#define DATA 0x0378#define STATUS DATA+1#define CONTROL DATA+2#define PIC1 0x21
#define TRUE 1
122Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
#define FALSE 0
void open_intserv(void);void close_intserv(void);void interrupt far intserv(void);
int intlev=0x0f; //irq 7void interrupt far (*oldfunc)();int int_occurred=FALSE;
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 62
Anexo I: Interrupción Hw
void main(void){
clrscr();outportb(DATA,0xff);open intserv();p _ ();
printf("\n CONFIGURACIÓ HARDWARE");printf("\n =====================");printf("\n Control Paralel= %x",inportb(CONTROL));printf("\n Estat Paralel= %x",inportb(STATUS));printf("\n Estat PIC1= %x",inportb(PIC1));getch(); clrscr();printf("\n Iniciem programa Interrupcions port paralel:");
while(!kbhit()){
if(int_occurred){
123Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
{printf("\n INTERRUPCIà generada");int_occurred=FALSE;
}}close_intserv();
}
Anexo I: Interrupción Hw
void interrupt far intserv(void){
disable();int_occurred=TRUE;outportb(0x20, 0x20); //Envía EOI al PIC1p ( , );enable();
}
void open_intserv(void){
disable();oldfunc=getvect(intlev);setvect(intlev, intserv);outportb(PIC1,(inportb(0x21) & ~0x80)); //Habilito la IRQ7 en el PIC1outportb(CONTROL, inportb(CONTROL) | 0x10); //Habilita IRQ a trav‚s de ACK
// Cuando ~ACK, se genera IRQenable();
}
124Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
}
void close_intserv(void){
disable();setvect(intlev, oldfunc);outportb(PIC1, (inportb(PIC1) | 0x80)); //Inhabilito la IRQ7outportb(CONTROL, inportb(CONTROL) & ~0x10); //inabilita IRQ a través de ACKenable();
}
Arquitectura de Computadores
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos 63
Anexo I: Interrupción Hw
125Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Anexo II: Mac OS X
Ejemplo del SO de Mac: Mac OS X Snow Leopard
126Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Mac OS XApple Inc.
lunes 28 de septiembre de 2009
Historia
• En 1971 Steve Wozniak y Steve Jobs fundan Apple
• En 1976 crean el primer ordenador personal que combina un teclado con un microprocesador y una conexión a un monitor. El Apple I.
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple I
• Se vendía por $666,66 se fabricaron 200 unidades
• CPU: MOS Technology 6502 a aproximadamente 1 MHz
• RAM: 4KB standard. Extensible hasta 8KB
• ROM: 256 Bytes
• Gráficos: 40x24 caracteres
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple I: Placa base
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple II
• Primer modelo en producción masiva entre finales de los 70 y mediados de los 80
• CPU: 6502 de MOS Technology a 1 MHz
• 4 Kilobytes de RAM
• 12 KB de ROM
• Interfaz de grabadores de cassettes
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple II
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple III
• Se pone a la venta en mayo de 1980
• CPU: !P de 8 bits Synertek 6502A a 2MHz
• 128 Kilobytes de RAM
• Disquetera interna para discos de 5,25
• 4 ranuras internas de ampliación y dos puertos serie en la parte posterior
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple III
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple Lisa
• Introducido en enero de 1983 es el primer ordenador con interfaz gráfica y con ratón.
• Se vendió a $9,995
• CPU Motorola 68000 a 5Mhz
• 1MB de memoria RAM
• 2 unidades de disquete de 5,25
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple Lisa
lunes 28 de septiembre de 2009
• Apple Lisa resultó un fracaso comercial, aunque la historia lo considera como el primer ordenador personal.
• Al mismo tiempo que se desarrollaba el Apple Lisa se trabajó en un nuevo modelo, el Apple Macintosh.
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple Macintosh
• Se empezó a vender en 1984
• Fue el primer ordenador personal comercializado exitosamente que usaba interfaz gráfica de usuario (GUI)
• A partir de este modelo se empezó a desarrollar el Sistema Operativo tal y como lo conocemos en la actualidad
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple Macintosh
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple System
• Se desarrollaron hasta 7 versiones distintas del Apple System para las máquinas Apple
• Todos tenían GUI (interfaz gráfica de usuario)
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
Tiempos de crisis
• Después de la comercialización del Apple Macintosh y del Apple Lisa, Apple Inc. tuvo muchos problemas económicos
• Steve Jobs (fundador) fue despedido de su propia empresa
• Steve Wozniak (co-fundador) abandonó la empresa después de salir ileso de un accidente de avión
lunes 28 de septiembre de 2009
• Después de su salida de Apple, Steve Jobs fundó NeXT Computer Inc.
• NeXT se convirtió en una empresa muy conocida por sus avanzados ordenadores y por sus plataformas de desarrollo orientadas a objetos
• A principios de 1997 Steve Jobs vuelve a Apple absorbiendo a NeXT
• De esta unión nace el que hoy conocemos como Mac OS
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS 8
• Liberado el 26 de julio de 1997
• Se mejora enormemente la calidad gráfica, se introduce el color
• Se implementa el multi-hilo que lo convierte en un sistema multitarea
• Se introduce un nuevo sistema de ficheros, HFS Plus (Hierachical File System)
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS 9
• Liberado el 23 de octubre de 1999
• Se implementan mejoras en el plano de red, incluyendo soporte para redes wi-fi
• Se introduce el concepto de soporte multi-usuario (aún no era un sistema propiamente multi-usuario)
• Se mejora el motor de búsqueda interno
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS X
• Lanzado el 24 de mayo de 2001
• Es un sistema operativo completamente reescrito
• Se busca mucha más estabilidad y crear un sistema robusto (seguro)
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS X
• SO basado en UNIX que se construye con la tecnología desarrollada en NeXT
• Sistema multi-tarea y multi-usuario
• Combina la potencia del núcleo UNIX y un entorno gráfico cuidado y atractivo
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS X
• Todas las API de Mac OS Classic fueron portadas a librerías UNIX. Esto permitió portar aplicaciones sin tener que re-escribir el código entero.
• Escrito para arquitectura PowerPC (chips IBM). En 2005 empiezan a migrar todos los equipos a Intel (x86)
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS X: Benchmarks
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS X Snow Leopard
Tecnología de 64 bits
Grand Central Dispatch
OpenCL (Open Computing Languge)
lunes 28 de septiembre de 2009
Tecnología de 64 bits Grand Central Dispatch
OpenCL (Open Computing Languge)
• Más rápido
• Más seguro
• Compatible con 32 bits
• Ampliación de memoria hasta 16.000 millones de gigabytes
• Optimiza la utilización de todos los núcleos asignando tareas independientes
• Proporciona potentes APIs de programación multinúccleo
• Se adapta automáticamente a la potencia de procesamiento disponible en cada uno de los procesadores gráficos
• Lenguaje abierto y familiar para los programadores
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS X Snow Leopard
Office en el Mac
Compatible con todos los estándares de la
industria
Posibilidad de ejecutar Windows de forma nativa
Copias de seguridad automatizadas
lunes 28 de septiembre de 2009