Sistema Operativo

Sistema Operativo

• Intermediario entre el usuario y el hardware.
• Es software, por lo que necesita un procesador y memoria.
• Gestiona el hardware.
• Controla la ejecución de los procesos.
• Provee un conjunto de servicios a los usuarios del sistema.
• Maneja la memoria secundaria y dispositivos I/O.
• Detecta intentos de ejecución de instrucciones de E/S ilegales.
• Tiene como objetivos: comodidad, eficiencia y evolución.
  • Capacidad de soportar nuevos tipos de hardware.
  • Brindar nuevos servicios.
  • Ofrecer mejoras y alternativas a problemas existentes.
• Componentes: Kernel, Shell y Herramientas.
• Servicios:
  • Administración y planificación de procesos.
  • Administración de memoria.
    • Detecta accesos ilegales a memoria.
  • Administración del sistema de archivos.
  • Administración de dispositivos.
  • Detección de errores y respuestas.
    • Protege el vector de interrupciones y las rutinas de atención a interrupciones.
  • Interacción del usuario.
  • Contabilidad.
• Problemas que debe evitar:
  • Un proceso se apropie de la CPU.
  • Un proceso ejecute instrucciones privilegiadas.
  • Un proceso acceda a memoria fuera de su espacio de direcciones.

Apoyo del Hardware

• Modos de ejecución: Definen limitaciones al conjunto de instrucciones que se pueden ejecutar.
• Interrupción de reloj: Evita que un proceso se apodere de la CPU.
• Protección de memoria: Define límites de memoria a los que puede acceder cada proceso.

Kernel

• Código que se encuentra en memoria principal.
• No es un proceso.
• Implementa servicios esenciales:
  • Manejo de memoria.
    • Protección de memoria entre programas.
    • Eficiencia.
  • Manejo de CPU.
  • Administración de procesos.
    • Multiplexación.
    • Manejo de prioridades.
    • Evitar bloqueos.
  • Comunicación y concurrencia.
  • Gestión de la E/S.

Kernel Monolítico

• Toda operación del kernel se resuelve en modo kernel.

Microkernel

• Busca minimizar el tiempo en modo kernel.
• Separa el kernel en lo indispensable para ejecutar en modo privilegiado y lo que se puede resolver en modo usuario.

Enfoques de diseño del kernel

Primer Enfoque: Kernel como entidad independiente

• El kernel tiene su propia región de memoria.
• Se ejecuta fuera de todo proceso.
• Cuando ocurre una interrupción o una syscall, se resguarda el contexto del proceso y se pasa el control al kernel.
• Tiene su propio stack.
• Finalizada su actividad, le devuelve el control al proceso.

Segundo Enfoque: Kernel “dentro” del proceso

• El “código” del kernel se encuentra dentro del espacio de direcciones de cada proceso.
• El kernel se ejecuta en el mismo contexto que el proceso de usuario.
• Se puede ver al kernel como una colección de rutinas que el proceso utiliza.
• Dentro de un proceso se encuentra el código del programa de usuario y los módulos que provee el kernel.
• Cada proceso tiene su propio stack, en modo usuario y en modo kernel.
• El cambio de modo de ejecución ocurre al utilizar el kernel, que funciona en modo kernel, mientras los procesos se ejecutan en modo usuario.
• El código del kernel es compartido por todos los procesos.
• Cada interrupción o syscall se atiende en el contexto del proceso que se encontraba en ejecución, pero en modo kernel.
• Se pasa a modo usuario cuando termina de atender la interrupción.
  • Más eficiente ya que no hay necesidad de hacer un cambio de contexto completo.
  • Desventaja: parte del espacio de direcciones está ocupado por el kernel y el programa no lo puede usar.

Modos de ejecución

• El bit en la CPU indica el modo actual.
• Las instrucciones privilegiadas deben ejecutarse en modo kernel.
  • Necesitan acceder a estructuras del kernel o ejecutar código que no es del proceso.
• En modo usuario, el proceso sólo puede acceder a su espacio de direcciones propio.
• El kernel se ejecuta en modo kernel y los demás programas en modo usuario.
• El sistema arranca en modo kernel.
• Cada vez que comienza a ejecutarse un proceso de usuario, se debe poner en modo usuario utilizando una instrucción especial.
• La única forma de pasar a modo kernel es con traps o interrupciones. Esto no lo hace el proceso, sino el hardware.

Modo Kernel

• Gestión de procesos: Creación, terminación, planificación, swapping, sincronización
• Gestión de memoria: Swapping, gestión, reserva
• Gestión de E/...

Sistema Operativo

• Intermediario: Actúa como un puente entre el usuario y el hardware.
• Software: Requiere procesador y memoria para funcionar.
• Gestión: Se encarga de administrar el hardware y controlar la ejecución de procesos.
• Servicios: Ofrece una serie de servicios para los usuarios del sistema, como manejo de memoria secundaria y dispositivos de entrada/salida (I/O).
• Objetivos: Facilitar el uso del sistema, maximizar la eficiencia y permitir su evolución.
  • Adaptarse a nuevos tipos de hardware.
  • Brindar nuevos servicios.
  • Mejorar y solucionar problemas existentes.
• Componentes:
  • Kernel: El núcleo del sistema operativo, responsable de las funciones esenciales.
  • Shell: Interfaz de usuario que interpreta comandos.
  • Herramientas: Programas que ayudan en tareas específicas.
• Servicios:
  • Administración de Procesos: Creación, terminación, planificación y sincronización de procesos.
  • Administración de Memoria: Gestión de la memoria principal, protección contra accesos ilegales y optimización de su uso.
  • Administración del Sistema de Archivos: Organización y acceso a los archivos del sistema.
  • Administración de Dispositivos: Control y acceso a los dispositivos de entrada/salida.
  • Detección de Errores: Identificación y manejo de errores en el sistema.
  • Interacción del Usuario: Proporciona la interfaz entre el usuario y el sistema.
  • Contabilidad: Registra información sobre el uso del sistema.
• Problemas a Evitar:
  • Un proceso apoderándose de la CPU.
  • Un proceso ejecutando instrucciones privilegiadas.
  • Un proceso accediendo a memoria fuera de su espacio de direcciones.
• Apoyo del Hardware:
  • Modos de Ejecución: Definen los límites de las instrucciones que se pueden ejecutar en cada modo (usuario o kernel).
  • Interrupción de Reloj: Evita que un proceso se apodere de la CPU.
  • Protección de Memoria: Establece límites de memoria a los que cada proceso puede acceder.

Kernel

• Código en Memoria Principal: Se encuentra en la memoria principal y no es un proceso.
• Servicios Esenciales: Implementa funciones fundamentales del sistema.
  • Manejo de Memoria: Protección entre programas y optimización del uso.
  • Manejo de CPU: Planificación y asignación de la CPU a los procesos.
  • Administración de Procesos: Multiplexación, gestión de prioridades y prevención de bloqueos.
  • Comunicación y Concurrencia: Gestión de la comunicación entre procesos y la ejecución simultánea de tareas.
  • Gestión de E/S: Control y acceso a los dispositivos de entrada/salida.

Tipos de Kernel

• Kernel Monolítico: Todas las operaciones del kernel se ejecutan en modo kernel.
• Microkernel: Se busca minimizar el tiempo en modo kernel, separando las funciones esenciales de las que pueden ejecutarse en modo usuario.

Enfoques de Diseño del Kernel

• Primer Enfoque: Kernel como Entidad Independiente:
  • Tiene su propia región de memoria.
  • Se ejecuta fuera de cualquier proceso.
  • Al ocurrir interrupciones o llamadas al sistema (syscall), se guarda el contexto del proceso y se transfiere el control al kernel.
  • Posee su propio stack.
  • Cuando finaliza su tarea, devuelve el control al proceso.
• Segundo Enfoque: Kernel "Dentro" del Proceso:
  • El código del kernel se encuentra dentro del espacio de direcciones de cada proceso.
  • Se ejecuta en el mismo contexto que un proceso de usuario.
  • El kernel se puede considerar como una colección de rutinas que utiliza el proceso.
  • Cada proceso tiene su propio stack, uno para modo usuario y otro para modo kernel.
  • El proceso se ejecuta en modo usuario y el kernel en modo kernel, con cambios de modo para acceder a las funciones del kernel.
  • El código del kernel se comparte entre todos los procesos.
  • Cada interrupción o syscall se atiende en el contexto del proceso en ejecución, pero en modo kernel.
  • Mayor eficiencia, ya que no se necesita un cambio de contexto completo.
  • Desventaja: Parte del espacio de direcciones está ocupada por el kernel, limitando la memoria disponible para el programa.

Modos de Ejecución

• Bit de Modo: Indica el modo actual de ejecución (usuario o kernel).
• Instrucciones Privilegiadas: Deben ejecutarse en modo kernel.
• Modo Usuario: El proceso solo puede acceder a su propio espacio de direcciones.
• Modo Kernel: El kernel se ejecuta en este modo y los demás programas en modo usuario.
• Inicio del Sistema: Se inicia en modo kernel.
• Cambio a Modo Usuario: Se realiza al iniciar la ejecución de un proceso de usuario.
• Cambio a Modo Kernel: Se realiza a través de traps o interrupciones, generados por el hardware.