Introduccin a los sistemas operativos

Actualmente, muchos aspectos de nuestras vidas

estn regidos por sistemas de cmputo y el

software que los controla

De forma general, un sistema de cmputo esta

formado principalmente de los siguientes cuatro

componentes:

1. Hardware (CPU, memoria, dispositivos de E/S)

2. Sistema operativo

3. Programas de aplicacin (Compiladores,

procesadores de texto, navegadores,

aplicaciones para bases de datos, scripts, etc.)

4. Usuarios (Personas, otras computadoras,

terminales)

La siguiente figura muestra de forma grfica los

componentes de un sistema de cmputo

Cualquier sistema de cmputo (computadora

personal, servidor, dispositivo mvil, etc.) requiere

de un sistema operativo

Un sistema operativo es un programa que acta

como intermediario entre el usuario y el

software/hardware de una computadora

Su objetivo principal es proporcionar un ambiente

en el que usuarios puedan ejecutar una gran

variedad de programas para diferentes propsitos

El sistema operativo es el programa mas

importante de cualquier sistema de cmputo

Algunos de los objetivos principales de cualquier

sistema operativo son

Optimizar todos los recursos del sistema de

cmputo que permitan la ejecucin de

requerimientos de usuarios

Administrar y controlar la ejecucin de

programas para prevenir fallas o errores

Dado que un sistema de cmputo cuenta con

varios recursos (hardware y software), el sistema

operativo acta como un asignador de esos recursos

Es decir, el sistema operativo administra dichos

recursos y los asigna a programas de usuarios

segn sea necesario para la realizacin de tareas

Debido a esto, se encuentra en constante

ejecucin dentro del sistema de cmputo

Algunos de los recursos que administra un

sistema operativo son Desde uno hasta varios procesadores

Contienen varios tipos de memorias (RAM, ROM, cache, etc.)

Soportan una gran variedad de dispositivos de almacenamiento (voltil, no voltil, etc.)

Interfaces de red

Impresoras

Otros dispositivos de Entrada y Salida (E/S)

Existen varios tipos de sistemas operativos que se

pueden clasificar, entre otras cosas, segn

1. La cantidad de usuarios que atienden Monousuario

Multiusuario

2. La cantidad de tareas que administran Monotarea

Multitarea

Todos los sistemas operativos poseen 2 modos

principales de operacin con la finalidad de tener

mayor control y seguridad de todas las

actividades y procesos

Los modos de operacin son

Modo de usuario

Modo del sistema o modo del kernel

Un usuario interacta con el sistema operativo a

travs de una interface grfica conocida como

intrprete de comandos o Shell en sistemas

operativos de tipo Unix/Linux

El usuario introduce comandos en una ventana

del intrprete de comandos los cuales sern

enviados al ncleo (kernel) del sistema operativo

para su procesamiento

Los sistemas operativos difieren, entre otras

cosas, en el diseo del intrprete de comandos y

la capacidad de procesamiento del mismo

Linux Ubuntu Windows DOS

Cada vez que un usuario introduce un comando

en el Shell, interviene una serie de operaciones o

funciones de bajo nivel las cuales permiten la

ejecucin del comando al envirselo al kernel del

sistema operativo

Dichas operaciones o funciones se les conoce

como llamadas al sistema

Las llamadas al sistema proporcionan una

interface entre un proceso y el sistema operativo

Las llamadas al sistema y su biblioteca asociada

representan el medio por el cual los programas de

usuario se pueden enviar al kernel del sistema

operativo

La ejecucin de una llamada al sistema implica

una conmutacin entre modo de usuario y modo

del sistema

En general, una llamada al sistema se invoca de

diversas formas

Un sistema operativo se inicializa por medio de la

ejecucin de un programa de arranque inicial

(bootstrap) que reside en memoria ROM

El bootstrap se encarga de inicializar todos los

aspectos del sistema operativo incluyendo Registros del CPU

Controladores de dispositivos

Contenidos de memoria

El bootstrap debe localizar y cargar en la memoria

el kernel del sistema operativo

Como se mencion al principio, uno de los

componentes principales de un sistema de

cmputo es el hardware

Bsicamente, el hardware lo constituye el CPU y

varios controladores de dispositivos conectados

mediante un bus comn que proporciona acceso

a la memoria compartida

Cada controlador esta a cargo de un tipo

especfico de dispositivo

El CPU y los controladores trabajan de manera

concurrente solicitando espacio en memoria

Se cuenta con un controlador de memoria que

sincroniza el acceso

Una vez inicializado por medio del bootstrap, el

sistema operativo se mantendr en alerta

esperando a que ocurra algn tipo de evento

La ocurrencia de un evento generalmente esta

sealada por una interrupcin, ya sea de

hardware o de software

El hardware puede activar una interrupcin

enviando una seal al CPU mediante el bus

De igual forma, el software puede activar una

interrupcin ejecutando una llamada al sistema

Como se puede ver, los sistemas operativos son

activados por interrupciones

Existe un tipo especial de interrupcin generada

por software que sirve para indicar alguna

condicin de error

Dicha interrupcin se le conoce con el nombre de

trampa o excepcin

En una estructura de E/S (Entrada/Salida) de un

sistema de cmputo interviene principalmente el

CPU y los controladores de dispositivos

Cada controlador mantiene un buffer de

almacenamiento local as como un conjunto de

registros

El controlador es responsable de mover datos

entre el o los dispositivos perifricos que controla

y su buffer local

Para iniciar una operacin de E/S, el CPU carga

los registros apropiados dentro del controlador

A su vez, el controlador examina el contenido de

dichos registros para determinar que accin tomar

Una vez iniciada la operacin E/S existen 2

formas de procesar dicha operacin E/S sncrona

E/S asncrona

Los programas deben de estar en la memoria

principal (RAM) para poder ser ejecutados

La memoria RAM es la nica rea de

almacenamiento a la que el procesador tiene

acceso directo

Sera ideal que todos los programas y datos

pudieran residir de forma permanente en la

memoria RAM

La memoria RAM no es capaz de almacenar

todos los programas (usuario y de sistema) y

datos de forma permanente debido a lo siguiente

1. La memoria RAM por lo general es demasiado

pequea

2. La forma de almacenamiento que proporciona la

memoria RAM es voltil

Debido a lo anterior, la mayora de los sistemas

de cmputo proporcionan algn tipo de

almacenamiento secundario

Con la finalidad de mejorar el uso y el desempeo

general de un sistema de cmputo, se crearon e

implementaron las siguientes funcionalidades

como parte de varios tipos de sistemas operativos

Multiprogramacin

Tiempo compartido

Modo de operacin dual

Administracin de procesos

Administracin de archivos

Administracin de memoria

Administracin de almacenamiento

Administracin del sistema de E/S

El sistema operativo es responsable de las siguientes actividades relacionadas con la administracin de procesos

1. crear y eliminar procesos de usuario y procesos de sistema

2. Suspender y continuar procesos

3. Proporcionar mecanismos para la sincronizacin de procesos

4. Proporcionar mecanismos para la comunicacin de procesos

5. Proporcionar mecanismos para el manejo de bloqueos mutuos

El sistema operativo es responsable de las

siguientes actividades relacionadas con la

administracin de archivos

1. Crear y eliminar archivos

2. Crear y eliminar directorios

3. Dar soporte para la manipulacin de archivos y

directorios

4. Respaldar archivos en dispositivos de

almacenamiento estables (no voltiles)

El sistema operativo es responsable de las siguientes actividades relacionadas con la administracin de memoria

1. Llevar un registro de las partes de la memoria que estn siendo utilizadas en un momento dado y quien las esta usando

2. Decidir qu procesos se van a cargar en memoria cuando el espacio de la misma este disponible

3. Asignar y liberar espacio de memoria segn se necesite

Sistemas por lotes

Sistemas de tiempo compartido

Sistemas para computadoras personales

Sistemas paralelos

Sistemas de tiempo real

Sistemas distribuidos