Sistemas Operativos

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• Sistemas Operativos
• (Cb 00 856)
• Dr. Armando Herrera C.
• herrera_at_itesm.mx
• Semestre Enero-Mayo 2006

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• Cronómetros
• Permiten controlar el tiempo de atención por
  usuario (en un esquema multi-usuario), evitando
  con ello la monopolización del procesador. Esto
  se logra por medio de interrupciones.
• Operación en Línea y Fuera de Línea
• Es posible gracias a la participación de
  procesadores satélite que toman el control de
  ejecución en ciertas tareas.

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• Así, dispositivos periféricos son manejados
  por una unidad de control desacoplada del
  Sistema Central descargando con ello al
  procesador.
• Por ejemplo en tareas de copia de cinta
  magnética sobre impresora (tarea muy lenta) está
  operación es implementada (fuera de línea)

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• Canales de E/S
• En un inicio no existían, esto obligaba, al
  procesador a mantener, su atención en
  operaciones de E/S durante el tiempo que estás
  tomaran. Ello constituía una fuerte limitante
  y sub-utilización de recursos.
• Un canal de E/S es una computadora con el
  propósito especial de controlar la E/S de
  manera independiente al procesador central.

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• Un canal puede obtener un acceso directo al
  almacenamiento primario en lectura y escritura.
• Actualmente el procesador puede arrancar una
  transferencia de E/S con un comando (startio).
  El canal generará una interrupción al procesador
  al término de la misma.
• Este mecanismo aumenta considerablemente la
  actividad concurrente del hardware de la
  computadora liberando al procesador.

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• Canal Selector
• Lleva a cabo la tarea de transferencia de alta
  velocidad entre los dispositivos y la memoria
  principal .
• Tiene un solo sub-canal que solo puede atender un
  dispositivo a la vez .
• Canales Multiplexores
• Poseen muchos sub-canales que intercalan flujos
  de datos en forma simultanea.

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• Canal multiplexor de bytes alterna transmisiones
  de dispositivos lentos (términales, impresoras y
  líneas de comunicación de baja velocidad)
• Canal multiplexor de bloques alterna
  transmisiones de varios dispositivos de alta
  velocidad como impresoras láser y unidades de
  disco.

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• Robo de Ciclos
• Según la manera de operar de los canales de E/S
  un conflicto entre estos y el procesador puede
  presentarse en acceso simultáneo a la memoria
  principal (MP).
• Robo de ciclos es la solución al problema. Se
  basa en la prioridad a los canales, quienes
  literalmente roban ciclos de almacenamiento al
  procesador.

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• Debido a que el canal utiliza un porcentaje
  muy bajo de los ciclos, el concederles prioridad
  permite, un mejor aprovechamiento de los
  dispositivos E/S. Esta lógica está integrada
  actualmente en los sistemas operativos.

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• Nota importante
• La necesidad de tallas más grandes en memoria
  principal llevó a la creación del concepto de
  acceso por dirección base más desplazamiento
  que resulta más ventajoso sobre un
  direccionamiento de gran longitud. Las
  direcciones se suman al contenido de un registro
  base.
• Este concepto tiene la ventaja de hacer que los
  programas sean independientes de la ubicación, lo
  cual es de gran utilidad en ambientes
  multiusuarios.

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• Estados de Ejecución
• Estado Usuario
• Para los programas de usuarios existe un
  sub-conjunto de instrucciones posibles de
  ejecutar. Un usuario no tiene acceso abierto a
  operaciones E/S para la protección e integridad a
  la información contenida en el sistema, así como
  de evitar alteraciones en el sistema operativo.

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• Estado Supervisor
• Usuario de máxima confianza. Se tiene acceso al
  total de instrucciones de la máquina.
• En sistemas que exigen mayor seguridad pueden
  existir más estados, lo que permite una mayor
  granularidad de protección o protección más fina.
  Así los accesos son manejados bajo el principio
  de menor privilegio. Esto permite regular los
  recursos a la justas necesidades del usuario.

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• Almacenamiento Virtual
• Permite a los programas hacer referencia a
  direccionamiento que no necesariamente se
  encuentra en el esquema real de direccionamiento
  primario.
• En el momento de la ejecución de un programa, el
  hardware traduce dinámicamente el
  direccionamiento fuera de espacio primario de
  memoria, lo que permite grandes espacios de
  direcciones disponibles desde almacenamiento
  primario.

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• Ello permite
• Programación independiente de las restricciones
  del almacenamiento primario.
• Facilita la operación en sistemas multiusuario
  compartidos.
• Esta forma de almacenamiento emplea la técnica de
  paginación de bloques de datos de tamaño fijo que
  se desplazan entre almacenamiento primario y
  secundario.

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• Así mismo de segmentación que identifica unidades
  lógicas de programas y datos, facilitando el
  control de acceso y el compartimiento.
• Multiprocesamiento
• Bajo este esquema se comparte (por varios
  procesadores)
• Memoria principal (MP)
• Sistema Operativo

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• Orden Secuencial
• Es necesario para evitar conflictos de acceso
  simultaneo a memoria por parte de varios
  procesadores, lo que puede alterar
  inadecuadamente su contenido .

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Acceso Directo a Memoria (DMA Direct Memory
Access)

• Objetivo
• Aumentar el rendimiento del procesador
  disminuyendo el número de interrupciones.
• Sólo requiere de una interrupción por
  transferencia de un bloque en un operación de E/S
  (tradicionalmente el proceso es interrumpido por
  cada caracter que se transfiere).

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• La transferencia de información (de ó hacia
  memoria principal) es realizada mediante Robo de
  Ciclos. El canal toma temporalmente el bus del
  procesador hacia el almacenamiento, en la
  transferencia de un caracter, después es
  liberada y el procesador continua su operación.
• Por cada caracter en trasferencia el procesador
  es interrumpido, pero gracias al hardware
  especial (canal de DMA) no es necesario guardar
  el estado del procesador (lo que toma mucho
  tiempo).

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• El caracter es transferido de o a memoria
  principal. Concluido esto el procesador continua
  su operación.
• El DMA es particularmente útil en sistemas
  orientados a trasferencias de grandes volúmenes
  de E/S.

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• Canalización
• Concepto que permite aumentar el rendimiento de
  un sistema. Su costo está en un incremento en el
  hardware quien crea un paralelismo en el
  procesamiento de instrucciones por parte del
  procesador. El procesador atiende por pasos a
  varias instrucciones, reduciendo el tiempo total
  de ejecución.

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• Jerarquía de Almacenamiento
• Memoria Caché
• Transparente a los programas del usuario
• Rápida (más que la memoria principal)
• Almacena la parte en ejecución de un programa
• La parte en ejecución de un programa es colocada
  aquí
• Memoria Principal
• Almacenamiento primario
• Memoria dinámica
• Aquí residen los datos y programas a ejecutar o
  en ejecución

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• Memoria Secundaria
• Almacenamiento de gran capacidad
• Útil para guardar información a largo plazo
• Ejemplos Discos, cintas, disquetes, etc.
• De velocidad inferior a las de la memoria caché y
  primaria
• Nota Conforme el costo y la velocidad decrecen,
  la capacidad de almacenamiento aumenta. Es esta
  relación que establece las diferencias
  jerárquicas.

costo velocidad
capacidad de almacenamiento
M. Caché
M. Principal
M. Secundaria
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• Tendencias Actuales en Sets de Instrucciones
• Los sets de instrucciones en lenguaje máquina
  tendieron a crecer exageradamente.
• Razón Instrucciones Complejas provenientes del
  SO (buscando una ejecución más sencilla)
• Hardware más lento
• Tendencias sets reducidos
• Ejemplo Arquitectura RISC (Reduced Instruction
  Set Computing).

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SOFTWARE
Conformado por los programas (instrucciones) y
los datos que definen para el hardware, los
algoritmos de solución a problemas El SO y otro
software del sistema generalmente es
proporcionado por el proveedor del hardware El
software de aplicación es generalmente
proporcionado por proveedores independientes
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• Lenguaje Máquina
• Es el lenguaje de programación que la computadora
  puede entender directamente
• Interpretado directamente por el hardware.
• La disposición de estas instrucciones dentro de
  los programas en lenguaje máquina permite la
  generación de algoritmos útiles.

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• Sistema de Control de E/S (IOCS)
• Resuelve al programador la compleja tarea de
  programar canales y procesador en operaciones de
  I/O
• Antiguamente re-ensamblar las rutinas de IOCS
• Codificación ardua
• Larga compilación
• Ocupación de espacio de memoria principal
• Actualmente el responsable es el SO con la
  consiguiente demanda de mayores espacios de
  almacenamiento primario

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• Spool
• Simultaneous Peripheral Operations On Line
  (Operaciones Periféricas Simultaneas en Línea)
• Responde a demandas de transmisión con
  dispositivos de I/O de baja velocidad
• Ejemplo
• Una impresora lenta
• En lugar de enviar directamente a ésta, se envía
  a un archivo en disco
• Esto mantiene el rendimiento del sistema al
  acelerar el proceso de ejecución
• Se enviará a la impresora cuando exista
  disponibilidad (tiempo)

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• Compiladores
• Rápidos e Inoptimizados
• Generan rápidamente un programa objeto
• Código generado ineficiente
• Consumo de memoria y velocidad de ejecución
• Útil en desarrollo y depuración de programas
• Optimizador
• Se ejecutan más lentamente
• Producen código de calidad
• Propio para programas depurados y listos para
  entrar en producción
• Código de Máquina de alta eficiencia
• Optimización en Memoria requerida y en
  velocidad de ejecución

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• Interpretes
• No generan programas objeto
• Ejecutan directamente los programas fuente
• Útil en desarrollo de software (al evitar el
  ensamblado y compilación)
• Desventaja Velocidad de ejecución

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• Cargadores
• Responsables de la tarea de colocación de
  programas y datos asociados, en un cierto espacio
  de memoria principal
• Tipos
• Absoluto Hace la colocación en localidades
  precisas indicadas por el programa en lenguaje
  máquina
• Reubicable Puede cargar un programa en diversos
  lugares de la memoria en función de la
  disponibilidad de espacio al momento de la
  solicitud

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• Cargadores de Enlace y Editores de Enlace
• Realizan la combinación de programas antes de la
  ejecución de los mismos previamente desarrollados
  por el programador.
• Combinación
• Programas del Usuario Programas del Sistema
• Acervos de sub-rutinas disponibles al usuario
  por el sistema
• Ventaja Facilitar al usuario las tareas de I/O,
  antes difíciles y complejas

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• Cargador de Enlace
• Combina los programas necesarios y los carga en
  memoria principal
• Editor de Enlace
• Combina de igual manera y crea una imagen de
  carga que se guarda en almacenamiento secundario
  (para referencias futuras)

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• Programación Orientada a Objetos
• Objetivo Responder de manera más eficiente a
  aplicaciones grandes y complejas
• Se funda en la concepción de entidades abstractas
  llamadas objetos
• Éstos encapsulan procedimientos y datos
  relacionados entre si

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• Los objetos pueden representar
• Hardware
• CPU
• Memoria
• Dispositivos
• Entidades de software
• Programas o archivos...
• Se manejan como paquetes
• Su desarrollo se inscribe en el seno de SOs
  tales como UNIX basado en C

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• Examen Rápido sobre
• Qué es un PROCESO ?
• Estados de un Proceso
• Defina Firmware
• Defina emulación
• Funciones del SO en microcódigo. Citar 3
• Leer
• Cap 19 19.1-2 19.6-8 19.15-16

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• Procesos
• La palabra juega un rol primordial en la
  comprensión de los actuales sistemas de cómputo
• Significado Evoluciona rápidamente siguiendo
  las nuevas filosofías de hardware y software
• La época multic da origen a la palabra (años
  60s)
• Sinónimo de tarea

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• Definiciones populares
• Programa en ejecución
• Actividad asíncrona
• Lógica activa según un procedimiento
• Lógica de control en ejecución según un
  procedimiento
• El trabajo (procedimientos) a los que se asignan
  los procesadores.
• Universalmente aceptada Programa en ejecución

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• Son dos partes las que dan lugar a un proceso
• El procesador
• El procedimiento (programa)
• Entonces
• Cuando el procesador vuelve activo al programa
  se habla de un PROCESO

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• Estados de un proceso (conceptos)
• Evento Puede ocasionar que un proceso cambie de
  estado. Los cambios son a través de estados
  discretos
• Estado de Ejecución de un Proceso Cuando un
  programa tiene asignado el CPU
• Proceso Listo Si puede utilizar el CPU en caso
  de disponibilidad de éste
• Proceso Bloqueado Si se espera que suceda algún
  evento (fin de E/S por ejemplo)

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• Lista de Procesos Guarda el estado de los
  procesos. En esquema de un sólo CPU existe un
  sólo proceso en ejecución a la vez y puede haber
  varios listos y varios bloqueados. Esto da lugar
  a una lista de cada tipo.
• Lista de procesos listos Ordenada por prioridad.
  El primer proceso de la lista es el que atiende
  el CPU

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• Lista de Procesos Bloqueados
• No están ordenados por prioridad
• No es la prioridad la que los activa, pero el
  orden de ocurrencia de eventos
• Se asignan prioridades cuando varios procesos
  bloqueados esperan un mismo evento
• Transición de Estado Es el paso (de un proceso)
  del estado listo al estado de ejecución (después
  de haber estado en la lista de procesos listos)