Introducción a Sistemas Operativos

Introducción de Sistemas Operativos

• Un sistema operativo (SO) es un software fundamental que gestiona los recursos de hardware de un ordenador y proporciona una interfaz para interactuar con el sistema.
• Importancia:
  • Abstracción de Hardware: Oculta la complejidad del hardware al usuario.
  • Gestión de Recursos: Optimiza el uso de CPU, memoria, almacenamiento y otros recursos.
  • Ejecución de Programas: Carga y ejecuta programas, asignando recursos necesarios.
  • Interfaz de Usuario: Facilita la interacción entre el usuario y la máquina.
  • Seguridad: Protege el sistema y los datos de accesos no autorizados.
  • Compatibilidad: Permite que diferentes programas y hardware funcionen juntos.

Funciones Principales

• Desarrollo y Ejecución de Programas: Proporciona un entorno para crear y ejecutar aplicaciones.
• Acceso a Dispositivos de E/S: Permite la comunicación con dispositivos como teclado, ratón, impresoras, etc.
• Gestión de Archivos: Organiza y almacena los datos de forma eficiente.
• Control de Acceso al Sistema: Asegura que solo usuarios autorizados puedan acceder a los recursos.
• Detección y Manejo de Errores: Identifica y corrige problemas en el sistema.
• Contabilidad: Registra el uso de los recursos del sistema.

Componentes de un SO

• Kernel: El núcleo del sistema que gestiona los recursos de hardware y proporciona servicios básicos.
• Interfaz de Usuario: Capa que permite al usuario interactuar con el sistema (línea de comandos o interfaz gráfica).
• Controladores de Dispositivos: Software que permite al sistema comunicarse con dispositivos específicos.
• Sistema de Archivos: Organiza y almacena datos en el disco.
• Sistema de Protección: Controla el acceso a los recursos del sistema.
• Sistema de Entrada/Salida: Maneja la comunicación entre el sistema y los dispositivos externos.
• Gestión de Procesos, Memoria y Almacenamiento: Administra la ejecución de programas, la asignación de memoria y el uso de dispositivos de almacenamiento.
• Sistema de Comunicaciones: Permite la comunicación entre diferentes ordenadores.
• Gestor de Recursos: Coordina y asigna los recursos del sistema.

Clasificación de los SO

• Modo de Administración de Tareas: Monotarea (un programa a la vez) o multitarea (múltiples programas simultáneamente).
• Modo de Administración de Usuarios: Monousuario (un solo usuario a la vez) o multiusuario (varios usuarios simultáneamente).
• Forma de Manejo de Recursos: Centralizado (un único ordenador controla los recursos) o distribuido (los recursos se distribuyen en varios ordenadores).

SO Actuales

• GNU/Linux: Sistema operativo libre y código abierto, conocido por su flexibilidad y estabilidad.
  • Objetivo: Proporcionar un sistema operativo completo y gratuito.
  • Interfaces: Ofrece variedad de interfaces de usuario, desde la línea de comandos hasta entornos gráficos sofisticados.
  • Shell: Interfaz de línea de comandos que permite interactuar con el sistema.
• Microsoft Windows: Sistema operativo propietario desarrollado por Microsoft, predominante en el mercado de ordenadores personales.
  • Arquitectura: Basado en una arquitectura modular que permite fácil expansión y actualización.
• Apple macOS: Sistema operativo propietario desarrollado por Apple, utilizado en ordenadores Macintosh.
  • Arquitectura: Basado en el kernel Darwin, un sistema operativo basado en Unix.
  • Capa de Experiencia de Usuario: Ofrece una interfaz de usuario intuitiva y una integración estrecha con otros productos de Apple.

Gestión de Procesos

• Definición de Proceso: Unidad más pequeña de trabajo que un sistema operativo puede programar. Representa un programa en un instante particular de su ejecución, con su propio contexto (espacio de direcciones, registros, estado, etc.).
• Estados de un Proceso:
  • Nuevo: El proceso acaba de ser creado, pero no está listo para ejecutarse.
  • Listo: El proceso está preparado para ejecutarse y espera su turno en la cola de listos.
  • En ejecución: El proceso está siendo ejecutado por el procesador.
  • Bloqueado/Esperando:
    • Bloqueado por E/S: El proceso está esperando la finalización de una operación de entrada/salida.
    • Bloqueado por señal: El proceso está esperando una señal de otro proceso.
    • Bloqueado por evento: El proceso está esperando la ocurrencia de un evento específico.
  • Terminado: El proceso ha finalizado su ejecución.
• Bloque de Control de Procesos (PCB): Estructura de datos que almacena la información contextual de un proceso en ejecución.
  • Identificador único: Un número que identifica de forma inequívoca al proceso.
  • Estado actual: El estado en el que se encuentra el proceso en un momento dado.
  • Contador de programa: La dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.
  • Registros: Los valores de los registros del procesador.
  • Pila: La pila del proceso.
  • Tabla de páginas: La tabla que mapea las direcciones virtuales a direcciones físicas.
  • Prioridad: La prioridad asignada al proceso para la planificación.
  • Lista de procesos hijos: Identificadores de los procesos hijos, si el proceso es un proceso padre.
  • Punteros a otros PCBs: Punteros a los PCBs de otros procesos relacionados.
• Creación y Terminación de Procesos:
  • Creación:
    • Llamada al sistema: El proceso padre realiza una llamada al sistema para crear un nuevo proceso.
    • Duplicación del PCB: Se crea una copia del PCB del proceso padre y se modifican los campos necesarios.
    • Asignación de recursos: Se asignan los recursos necesarios al nuevo proceso (memoria, archivos, etc.).
  • Terminación:
    • Finalización normal: El proceso ejecuta una instrucción de terminación.
    • Aborto: El proceso es terminado por el sistema operativo debido a un error o señal.
    • Terminación por proceso padre: El proceso padre termina a sus hijos.
• Comunicación entre Procesos:
  • Espacio de direcciones compartidas: Los procesos pueden compartir una región de memoria.
  • Tuberías: Canales unidireccionales o bidireccionales que permiten a los procesos intercambiar datos.
  • Sockets: Mecanismo de comunicación de red que permite a los procesos comunicarse a través de una red.
  • Memoria compartida: Región de memoria a la que pueden acceder múltiples procesos.
  • Mensajes: Los procesos pueden enviarse mensajes entre sí.
  • Remote Procedure Calls (RPC): Mecanismo que permite a un proceso invocar una función en otro proceso.
• Sincronización de Procesos:
  • Sección crítica: Región de código en la que un proceso accede a recursos compartidos y debe ser ejecutada de forma atómica.
  • Condiciones de carrera: Situaciones en las que el resultado de la ejecución de un programa depende del orden en que se ejecutan las instrucciones de diferentes procesos.
  • Algoritmos de exclusión mutua: Algoritmos que garantizan que solo un proceso a la vez pueda ejecutar su sección crítica.
• Planificación de Procesos:
  • Criterios de planificación:
    • Maximización de la utilización del procesador: Mantener el procesador ocupado la mayor parte del tiempo posible.
    • Minimización del tiempo de respuesta: Reducir el tiempo que tarda un proceso en obtener una respuesta.
    • Maximización del rendimiento: Maximizar el número de procesos completados en un período de tiempo dado.
    • Equidad: Proporcionar un servicio justo a todos los procesos.
  • Algoritmos de planificación:
    • No preemptivos: Una vez que un proceso comienza a ejecutarse, continúa hasta que termina o se bloquea.
    • Preemptivos: El sistema operativo puede interrumpir un proceso en ejecución para ejecutar otro proceso.
• Deadlocks:
  • Situación crítica en la que dos o más hilos se bloquean mutuamente, esperando recursos que otros poseen.
  • Condiciones necesarias para un deadlock:
    • Exclusión mutua: Un recurso solo puede ser utilizado por un proceso a la vez.
    • Conservación de recursos: Los recursos no pueden ser liberados hasta que el proceso que los tiene asignados termina.
    • No apropiación: Los recursos no pueden ser quitados a un proceso por la fuerza.
    • Espera circular: Existe un ciclo de espera en el que cada proceso está esperando un recurso que está siendo utilizado por otro proceso del ciclo.
  • Estrategias para tratar los deadlocks:
    • Prevención: Evitar que se cumplan las condiciones necesarias para un deadlock.

Este cuestionario cubre los conceptos básicos de los sistemas operativos, incluyendo sus funciones esenciales y la importancia en la gestión de hardware y software. Explora temas como la ejecución de programas, gestión de recursos y la interfaz de usuario.