Nombre TitulaciónS O L U C I O N E S

Dispone de tres horas y media para realizar el examen

1Responda brevemente a estas preguntas:(1,50 puntos)  Definir breve y específicamente: a) procesamiento asimétrico; b) esperaactiva;  c)  consistencia  (entre  niveles  de memoria);  d)  microkernel  (micronúcleo);  e)polling; f) bootstrap; g) independencia de dispositivo de E/S.

a) Procesamiento asimétrico: Modelo de procesamiento con múltiples procesadores,en   el   que   a   cada   procesador   se   le   asigna   una   tarea   específica,   existiendo   unprocesador maestro que controla el sistema y es el responsable de asignar tareas alresto de procesadores.b)  Espera   activa:  Espera   en   la   que   incurren   los   programas   cuando   necesitanconocer   la   ocurrencia   de   un   evento   en   el   sistema   y   lo   hacen   interrogandopermanentemente al procesador, de esta forma y mientras no ocurra el evento, elprograma no avanza y hace que el procesador esté ocupado permanentemente.c)  Consistencia   (entre   niveles   de   memoria):   En   una   estructura   jerárquica   dealmacenamiento,   los   mismos   datos   pueden   aparecer   en   diferentes   niveles   delsistema. En un ambiente multitarea, en donde la CPU se conmuta de un lado a otroentre los diversos procesos, se debe tener extremo cuidado para asegurar que, sivarios procesos quieren acceder a un dato, cada uno de ellos obtenga el valor dedicho dato actualizado más recientemente. Podría ocurrir en un cierto dato A esté envarios distintos niveles de memoria (soporte magnético, memoria principal, caché,registro). La consistencia consiste en asegurar que si un dato ha sido modificado enuno de los niveles de memoria (por ejemplo, en un registro), el resto de los nivelesde memoria en los que también está  copiado el dato sea modificado también, deforma que los procesos puedan acceder al verdadero valor del dato modificado.d) Microkernel: Este método estructura al SO removiendo todos los componentes noesenciales del  kernel, e implementándolos como programas del sistema y de nivelde usuario. El resultado es un  kernel  más pequeño. No hay mucho consenso entorno   a   cuáles   servicios   deben   permanecer   en   el  kernel  y   cuáles   debenimplementarse en el espacio de usuario. En general, sin embargo, los microkernels

SISTEMAS OPERATIVOSConvocatoria extraordinaria, 13 de septiembre de 2006

Calificación

1 42 53 6

Nombre 

típicamente   proporcionan   una   administración   mínima   de   los   procesos   y   de   lamemoria, además de un servicio de comunicaciones.e)  Polling:   En   un   sistema   basado   en   interrupciones,   cuando   un   dispositivointerrumpe a   la  CPU,  ha de averiguarse  cuál  de   los  dispositivos  del  sistema harealizado dicha interrupción. La técnica del Polling consiste en “preguntar” uno poruno a todos los dispositivos para averiguar la procedencia de dicha interrupción.f) BootStrap: Es un sencillo programa de arranque inicial del sistema. Además, sirvepara inicializar todos los aspectos del sistema, desde los registros de la CPU y loscontroladores de dispositivos, hasta los contenidos de la memoria. Debe saber cómocargar  el  sistema operativo y  empezar  a ejecutar  dicho sistema;  para   lograrlo  elprograma debe localizar y cargar en la memoria el kernel del sistema operativo. g)  Independencia   del   dispositivo   de   E/S:   Objetivo   que   consiste   en   dar   a   losprogramas canales genéricos de E/S en los que éstos realizan sus operaciones deE/S   mediante   primitivas   genéricas.   De   esta   manera,   los   programadores   estánliberados de hacer referencias a dispositivos concretos, por lo que los programas nodependen de dispositivos concretos de E/S.

(0,25 puntos) Dada la frase: «según el algoritmo del banquero, un sistema es insegurocuando   en   él   existe   interbloqueo».   ¿Es   dicha   afirmación   cierta?   Justificardetalladamente la respuesta.

El algoritmo del banquero nos proporciona una forma de garantizar que existe lo quese llama un “estado seguro del sistema”, es decir, que existe al menos una forma degestionar (asignar/desasignar) recursos del sistema de forma que puedan ejecutarsesin problema todas los procesos del sistema. El hecho de que no exista un “estadoseguro”  no  implica que el  sistema esté  en  interbloqueo.  Simplemente que no segarantiza la ejecución de todos los procesos del sistema.

(0,25 puntos)  ¿Cuál es el propósito de las llamadas al sistema? ¿Y de los programasdel sistema? ¿Qué diferencias hay entre ambos?

Las llamadas al sistema son instrucciones especiales que utilizan los usuarios parasolicitar al sistema operativo la utilización de un recurso del sistema.En cambio, los programas del sistema son programas que forman parte del sistemaoperativo pero que no  forman parte del  monitor   residente,  como por ejemplo  loseditores, intérpretes de comando, etc.En  realidad,   los  programas  del  sistema utilizan  llamadas  al   sistema para  utilizarrecursos.

Nombre 

(0,50 puntos) Indicar detalladamente el proceso de carga del sistema operativo guiadopor interrupciones en un sistema de cómputo,   indicando cómo quedaría  la memoriaprincipal al final de la carga.

Al   encender   el   sistema   informático,  lo   primero   que   se   ejecuta   es   un   programallamado   BIOS,   ubicado   en   la   placa   base   del   sistema  en   memoria   ROM.   Esteprograma se encarga de detectar   todos  los dispositivos hardware que hay en elsistema y almacena sus características y parámetros en memoria principal, dando laposibilidad de inicializar o modificar  los parámetros a través de un programa queposee denominado SETUP. Una vez finalizada esta primera inicialización se buscaal   programa   cargador   del   sistema   operativo,   el  Bootstrap,   ubicado   en   el   primersector del dispositivo de arranque, normalmente floppy, disco duro o CDROM, y trascargarlo   en   las   direcciones   más   bajas   de   memoria,     lo   ejecuta.   Este   programaBootstrap es el encargado de leer   el sistema operativo desde el dispositivo dondese encuentra,  ubicarlo en memoria principal y ejecutarlo.Una vez que se da paso al sistema operativo, una de las primeras funciones de estees   instalar  el   vector  de  interrupciones  que contiene  todas  las direcciones de  lasrutinas que atienden a las interrupciones. Después de cargar todos los manejadoresde dispositivos, los servidores y de inicializar todo el sistema, el sistema operativoqueda en espera hasta que alguna tarea del sistema o algún programa de usuariodemande trabajo y le ceda la CPU.

La memoria podíra quedar como sigue: 

Nombre 

0000

Monitorresidente

FFFF

Vector   deinterrupcionesInterprete de JCLCargador   deprogramasManejadores   dedispositivos E/SMemoriasintermediasbuffersRutinas   detratamiento   deerrores

Memoria   deusuario

2(1,5 puntos) Muchos sistemas operativos requieren que, antes de leer o escribir en unfichero, se invoque a una operación de «abrir fichero», que devuelve un identificadorque luego puede ser utilizado para acceder al fichero. Cuando se termina de trabajar conel fichero,  se  invoca a una operación de «cerrar  fichero», como en este ejemplo enUNIX:  char texto[] = "hola", otroTexto[] = “adios”;  int longitudTexto = 4, otraLongitud = 4;

  int fich = open ("mifichero.txt",O_RDONLY);  write (fich, texto, longitudTexto);  write (fich, otroTexto, otraLongitud);  close (fich);  

Alguien afirma que las operaciones de abrir y cerrar son un artificio innecesario, ya quelas operaciones de lectura y escritura podrían trabajar directamente con el nombre delfichero, como en este ejemplo:

Nombre 

 write ( "mifichero.txt", posicionEnElFichero, texto, longitudTexto );

posicionEnElFichero  indica el lugar dentro del fichero donde se pretende guardar eltexto. Con este mecanismo, no sería necesario ni abrir ni cerrar los ficheros con los quetrabajamos.¿Es cierta esta tesis de que abrir y cerrar son operaciones innecesarias? ¿Perderíamosalgo si las operaciones de acceso a los archivos fueran siempre directas, como en elúltimo ejemplo propuesto?

Es perfectamente posible trabajar con ficheros sin recurrir a operaciones de abrir ycerrar.  Pero esto no significa que estas dos operaciones no aporten nada. En elejemplo   propuesto   sin   «open»,   cada   vez   que   quisiéramos   hacer   una   escrituratendríamos que pasar el nombre del archivo. Eso significa que en cada escritura elsistema  operativo  debe  localizar  esa   ruta  en el   disco,   comprobar  que el   ficheroexiste,  que el  usuario   tiene privilegios suficientes  para   realizar   la  operación,  etc.Todas estas acciones se realizan una sola vez cuando se abre el fichero, pero si laoperación de abrir  no está  disponible, hay que realizarlas continuamente,  con ungran impacto en el rendimiento del sistema. Por tanto la operación de abrir ahorratrabajo al sistema operativo. Otra cuestión es que las operaciones de abrir y cerrar sirven para ofrecer accesosecuencial a los ficheros, tal y como se muestra en el primer ejemplo. Si no existenlas operaciones de abrir y cerrar, los usuarios tendrán que implementar el accesosecuencial manualmente.

3(0,75 puntos)  Te dan a elegir tres tamaños de página para un sistema operativo: 16bytes, 800 bytes y 2048 bytes. El sistema trabaja con direcciones de 32 bits y el tamañomedio de un programa es de 4 megabytes. ¿Con qué tamaño de página te quedarías ypor qué?

El tamaño de 800 bytes hay que descartarlo de antemano, porque no es potencia dedos. Requeriría un hardware de traducción de direcciones mucho más complejo queun sistema de paginación convencional: para calcular el número de página, no bastacon   quedarse   con   los  bits   más   significativos  de   la  dirección,   sino   que   hay  querealizar una división.El tamaño de 16 bytes tampoco es recomendable, porque genera mucho espacio entablas de páginas. Un programa de cuatro megabytes (un tamaño típico, según elenunciado) ocuparía 222 ÷ 24 = 218 = 256 Kpáginas, que necesitarían en torno a unmegabyte  de espacio  (suponiendo cuatro  bytes  por  cada entrada de  la   tabla  depáginas).   No   parece   sensato   dedicar   a   estructuras   de   gestión   una   cantidad   dememoria similar a la que necesita el programa. Además, para garantizar una tasa deaciertos alta en la TLB, ésta probablemente necesitaría bastantes entradas.

Nombre 

Por su parte, si usamos páginas de 2048 bytes, un programa de cuatro megabytesrequerirá 2048 páginas, 128 veces menos espacio que en el caso anterior. El únicoinconveniente de este tamaño de página es la mayor fragmentación interna, peroestamos  hablando,  en el  peor  de  los casos,  de 2047 bytes  desperdiciados,  queserían menos de un 0,05% de un programa de tamaño típico de 4 megas. Es decir,irrelevante. Así que la mejor opción es el tamaño de 2048 bytes.

4 (1,25 puntos) Se dispone de un sistema operativo con gestión de memoria virtual pordemanda de páginas. El tamaño de la página es de 1KB y el sistema posee 32KB dememoria física disponible para programas de usuario. Supongamos que en un instantedado, un programa que ocupa 9 páginas se carga para su ejecución. Además, es el únicoproceso en ese momento en el sistema. El sistema le asigna cuatro marcos de memoria.Inicialmente se cargan las páginas 0, 4, 5 y 8 en los marcos 9,3, 8 y 5 respectivamente. 

a) Dibujar la tabla de páginas para esta situación inicial. ¿Cuál es la dirección físicapara la dirección virtual (2,50) dada en el formato (página, desplazamiento)? ¿Ypara   la   dirección   (5,20)?   Explica   claramente   el   proceso   de   traducción   dedirecciones.

Tabla de páginas

Marco Físico Bit de validez0 9 v1 ­ i2 ­ i3 ­ i4 3 v5 8 v6 ­ i7 ­ i8 5 v

Dirección virtual (2,50):Página  lógica 2 => De entrada  lo primero que se comprobaría es si  tenemos unregistro en la TLB para dicha página lógica, pero dado que en el enunciado no senos indica nada acerca de la TLB, ignoraremos este paso. Accedemos a la tabla depáginas (entrada de  la página  lógica 2) y vemos que el bit de validez  indica quedicha   página   lógica   no   está   cargada   en   memoria.   Por   tanto   se   generará   una

Nombre 

excepción de fallo de página que conllevará traer la página desde disco a memoria.A modo de ejemplo, supongamos que el SO decide ubicarla en el marco 5. A partirde ese momento el proceso de traducción continuaría de la siguiente forma:Dirección física del marco 5: 5 × 1024 = 5120Desplazamiento: 50 Dirección física: 5120 + 50 = 5170

Dirección virtual (5,20):Página lógica 5 => La tabla de páginas indica que está cargada en memoria en elmarco 8.Dirección física del marco 8: 8 × 1024 = 8192Desplazamiento: 20Dirección física: 8192 + 20 = 8212

b) Si la política de reemplazo de páginas es global y partiendo del estado inicialaquí descrito, calcular los fallos de página que se producen con los algoritmosLRU y segunda oportunidad para la siguiente cadena de referencias del proceso:

7  5  6  1  0  8  3  4  3  3  1  2  8  6  2  3  5  3  4

La situación de partida en relación a la ocupación de memoria es la siguiente: existeun solo proceso cargado en memoria que ocupa 4 marcos, quedando por tanto aúnlibres 28 marcos de memoria (32Kb de memoria principal con páginas de 1Kb dan32   marcos   de   página,   de   los   cuales   inicialmente   están   ocupados   4).   Según   elenunciado, existe un solo proceso en memoria y la política de reemplazo es global,así que estarán disponibles para dicho proceso todos los 28 marcos libres. Por tanto,para la cadena de referencias dada, únicamente se generarán 5 fallos de página,uno por cada referencia a una nueva página (es conveniente recordar que ya estáncargadas 4 páginas  de  las 9 a   las que se hace  referencia  en dicha cadena).  Yademás podemos afirmar  que esto será  así  con  independencia de  la política  desustitución, ya que la memoria libre no se llega a agotar.

c) ¿Se te ocurre alguna explicación que justifique la decisión del sistema operativode cargar inicialmente las páginas 0, 4, 5 y 8, y no por ejemplo las páginas 0, 1,2 y 3?

Una razón podría ser para intentar cargar páginas que el cargador pueda sospecharque se van a necesitar inicialmente al comienzo de la ejecución del proceso y deesta   forma   generar  el   menor   número   de   fallos  de página  al   inicio.  El   cargador,conociendo la estructura del fichero ejecutable podría intentar precargar por ejemplo

Nombre 

las primeras páginas de código y datos. El cargador también puede haberse basadoen anteriores ejecuciones del mismo programa.

5  (2 puntos)  «Parque Jurásico» consiste en un museo y un parque para hacer rutassafari. Hay m pasajeros y n coches monoplazas. Los pasajeros deambulan por el museodurante un rato y luego hacen cola para dar un paseo en coche por el safari. Cuando hayun   coche   disponible   se   monta   en   él   un   pasajero   y   el   coche   realiza   un   recorridoprogramado hasta llegar nuevamente al punto de recogida donde el pasajero debe bajar.Si los n vehículos están todos de paseo por el parque con un pasajero a bordo, entoncesel pasajero que quiere un coche se espera; si un coche está listo para cargar pero no haypasajeros esperando, entonces el coche se espera. Use semáforos para sincronizar los mprocesos pasajero con los n procesos coche.

  Primero   mostraremos   una   solución   simple   que   sólo   funciona   bajo   ciertasrestricciones.  (nota:   para   superar   esta   pregunta,   basta   con   aproximarse   a   estaprimera versión).

Variables globalesSemaphore coche_libre(0);Semaphore pasajero_a_bordo(0);Semaphore final_de_recorrido(0);

Proceso pasajerovoid Pasajero() {  ... DEAMBULA POR EL MUSEO ...

  // Espera por un coche libre  P (coche_libre);  // Se sube al coche   V (pasajero_a_bordo);

  // disfruta del paseo

  // El coche le notifica que se acabó el paseo  P (final_de_recorrido);}

Proceso cochevoid Coche() {  // hace el recorrido una y otra vez

Nombre 

  loop {// Indica que está libreV (coche_libre);// Espera por un pasajeroP (pasajero_a_bordo);

     ... HACE EL RECORRIDO ...

// Termina el paseo y se lo indica al pasajero V (final_de_recorrido);

  }}

Como decíamos,  esta solución sólo  funciona correctamente si  los semáforos sonFIFO y los coches terminan el recorrido en el mismo orden en el que lo comenzaron.Si   un   coche   A   arranca   antes   que   B,   pero   B   finaliza   antes   el   recorrido,   laV (final_de_recorrido) puede ser recibida por el pasajero que está  montado en elcoche A, lo cual es erróneo. Si se quiere evitar estos problemas, hay que elaboraruna solución más compleja. A continuación se muestra otro algoritmo que funciona correctamente incluso si loscoches no siguen un orden perfecto, y que es independiente de la implementaciónde los semáforos. Este algoritmo se basa en que los pasajeros y los coches tienenidentificadores únicos. Cada pasajero sabe cuál es el  identificador de su coche, yviceversa. Dos vectores de semáforos se emplean para el diálogo pasajero­coche aliniciar y terminar el recorrido.

Variables globales// semáforo para indicar a los pasajeros que hay algún coche libreSemáforo coche_libre = 0;

// identificador del primer coche libre de la filaint primer_coche;

// Cerrojo para acceder de forma controlada a "primer_coche"Semaphore cerrojo_primer_coche = 1;

// pasajero[i] indica el pasajero que está montado // sobre el coche "i"int pasajero[N];

// semáforos para señalizar a los coches // que pueden empezar el recorrido

Nombre 

Semaphore pasajero_montado[N] = {todos a cero};

// semáforos para señalizar a los pasajeros // que su recorrido terminóSemaphore fin_de_trayecto[M] = {todos a cero};

Proceso pasajero void pasajero (int ID) {

  // identificador del coche que le toca a este pasajero  int mi_coche;

  ... DEAMBULA POR EL MUSEO ...

  // espera por un coche libre  P (coche_libre);  // recoge el identificador del primer coche libre  mi_coche = primer_coche;  // permite al siguiente coche indicar que está libre  V (cerrojo_primer_coche);

  // informa al coche de que ya se ha montado  pasajero[mi_coche] = ID;  V (pasajero_montado[mi_coche]);

  // disfruta del paseo

  // espera a que el coche finalice el recorrido  P (fin_del_trayecto[ID]);

}

Proceso cochevoid coche (int ID) {

  int mi_pasajero;

  // hace el recorrido una y otra vez  loop {    // se registra como el primer coche libre de la fila    P (cerrojo_primer_coche);    primer_coche = ID;    // avisa a los pasajeros

Nombre 

    V (coche_libre);

    // espera a que un pasajero se monte y le avise    P (pasajero_montado[ID]);    mi_pasajero = pasajero[ID];

    ... HACE EL RECORRIDO ...

    // señaliza al pasajero que el recorrido terminó    V (fin_del_trayecto[mi_pasajero]);  }}

6(2 puntos) La política de «rifa» es una técnica aleatoria de planificación de procesos.Cada proceso dispone de una cantidad de «boletos» numerados.  Cuando un procesoentra en CPU, se le otorga una rodaja de tiempo. Cuando expira esta rodaja, o cuando elproceso abandona voluntariamente la CPU, el planificador extrae uno de los números deun «bombo» virtual  y   escoge para   la  CPU al  proceso  que   tiene  ese  número.  Cadaproceso tiene al menos un boleto y el sorteo no puede quedar desierto. Por ejemplo: elproceso A tiene los números 1 y 2. El proceso B tiene el número 3. El planificadorescoge un número al azar entre 1 y 3. Si sale el 1 y el 2, entra el proceso A. Si sale el 3,entra el B.

a) ¿Qué efecto tiene darle más o menos boletos a un proceso?

Cuantos más boletos tiene un proceso, más probabilidad tiene de ser escogido porel planificador y por tanto gozará, en promedio, de más tiempo de CPU.

b) ¿Cuál es el comportamiento del sistema si todos los procesos tienen exactamenteun boleto?

Si   todos   los   procesos   tienen   igual   cantidad   de   boletos,   la   planificación   es   unaespecie de Round Robin en el que cada vez que hay un cambio de contexto, entraun proceso al azar.

c) ¿Esta técnica puede provocar inanición?

La técnica puede en teoría provocar inanición, ya que no hay una garantía absolutade que un proceso sea escogido para entrar en CPU (en teoría, sus boletos puedenno salir nunca elegidos). No obstante, si el sorteo sigue una distribución aleatoriauniforme, la probabilidad de que cualquier proceso acabe entrando en la CPU tiendeal 100%.

d) ¿Se puede construir un algoritmo no aleatorio que produzca los mismos efectosque el aquí planteado?

Nombre 

Algo parecido a este método se podría conseguir haciendo una cola de preparadosen   la   que   cada   proceso   apareciera   tantas   veces   como   boletos   tiene   en   estealgoritmo. También haciendo que cuando un proceso termine su rodaja de tiempo,en lugar de ingresar en el final de la cola de preparados, se insertara en un puntointermedio,   más   cercano   al   principio   de   la   cola   cuantos   más   boletos   tuviera   elproceso.