Sistemas Operativos Tema 4

Evolución de los sistemas operativos

• A fines de los años 40, no existían sistemas operativos y los programadores debían tener un conocimiento profundo del hardware para trabajar en una computadora.
• En la década de 1950, se hizo evidente que trabajar en una computadora podía mejorar notablemente con la creación de un programa que realizara las tareas repetitivas del operador.
• En la tercera generación de computadoras surgió el concepto de multi-programación y sistemas operativos como el OS/360 de IBM.
• En la cuarta generación, se popularizaron los sistemas operativos como MS-DOS y UNIX en computadoras personales.

Concepto y funciones de los sistemas operativos

• Un sistema operativo es el conjunto de rutinas y programas que permiten el manejo de los elementos hardware de una máquina mediante operaciones básicas.
• Los sistemas operativos evolucionan junto con el hardware.
• Las interfaces entre el sistema operativo y el usuario pueden ser de dos tipos: interfaz de línea de comandos y interfaz gráfica del usuario (GUI).
• Las funciones de los sistemas operativos incluyen:
  • Proporcionar una interfaz para que el usuario se comunique con la computadora.
  • Controlar los recursos del hardware.
  • Administrar y mantener los sistemas de archivo de disco.
  • Apoyar a otros programas a través de llamadas del sistema.
  • Interpretar los comandos del usuario.
  • Servir de base para la creación del software.
  • Configurar el entorno para el uso del software y los periféricos.
  • Aceptar y conservar los trabajos hasta su finalización.
  • Manejar dispositivos de entrada/salida.
  • Manejar errores.
  • Secuenciar tareas.
  • Proteger los recursos del sistema.
  • Permitir el multiacceso.
  • Ser eficiente en el uso de los recursos.
  • Tener la capacidad de evolucionar.

Clasificaciones de los sistemas operativos

• Por su estructura:
  • Monolítica: un solo programa compuesto de un conjunto de rutinas entrelazadas.
  • Jerárquica: una estructura de capas donde cada una tiene una función específica.
  • Máquina virtual: presenta una interfaz a cada proceso, mostrando una máquina que parece idéntica a la máquina real subyacente.
  • Cliente/servidor (microkernel): el núcleo establece la comunicación entre los clientes y los servidores.
  • Híbrido: combina aspectos de los sistemas operativos microkernel y kernel monolítico.
• Por los servicios que ofrecen:
  • Monousuarios o multitareas.
  • Uniproceso o multiproceso simétrico o asimétrico.### Sistemas Operativos

Tipos de Sistemas Operativos

• Monousuarios: soportan a un solo usuario a la vez, sin importar el número de procesadores o procesos que se ejecuten simultáneamente.
• Multiusuarios: capaces de dar servicio a más de un usuario a la vez, a través de varias terminales conectadas a la computadora o sesiones remotas en una red de comunicaciones.
• Monotareas: solo permiten una tarea a la vez por usuario, pueden admitir varios usuarios al mismo tiempo, pero cada uno solo puede ejecutar una tarea.
• Multitareas: permiten al usuario realizar varias labores al mismo tiempo, con interfaces gráficas orientadas al uso de menús y ratón.

Capacidades de Procesamiento

• Uniproceso: solo puede manejar un procesador de la computadora.
• Multiproceso: puede utilizar varios procesadores, distribuyendo la carga de trabajo en'ils; pueden trabajar de manera simétrica o asimétrica.

Sistemas Operativos por la forma de ofrecer sus servicios

• Sistemas Operativos de Red: permiten interactuar con sistemas operativos en otras computadoras a través de un medio de transmisión, para intercambiar información, transferir archivos, ejecutar comandos remotos, etc.
• Sistemas Operativos Distribuidos: integran los servicios de red, permitiendo acceder a recursos de manera transparente, sin necesidad de conocer la ubicación de los recursos.

Ventajas y Desventajas de los Sistemas Distribuidos

• Ventajas:
  • Economía: mejor cociente precio/desempeño.
  • Velocidad: suma del poder de los procesadores separados.
  • Confiabilidad: si una máquina falla, el sistema sigue funcionando.
  • Crecimiento: fácilmente escalable.
  • Distribución: algunas aplicaciones requieren una distribución física.
• Desventajas:
  • Problemas de software: compartición de datos y recursos, protección y registro de permisos.
  • Concurrency y paralelismo: algoritmos más complejos.

Procesos y Hilos

• Proceso: imagen de un programa en ejecución, consta del programa ejecutable, datos y contexto de ejecución.
• Hilo (Thread): trozo de código de un proceso, con sus propios registros, pila y contador de programa, compartiendo memoria con el resto de hilos del mismo proceso.
• Estados de los Procesos:
  • En ejecución: proceso está haciendo uso de la CPU.
  • Listo: proceso preparado para ejecutarse en la CPU.
  • Bloqueado: proceso a la espera de algún evento.

Gestión de Recursos y Planificación

• Planificación del Procesador: técnicas para decidir cuánto tiempo de ejecución y cuándo se asigna a cada proceso.
• Niveles de Planificación:
  • Alto o de largo plazo: decide qué trabajos se convierten en procesos.
  • Intermedio o medio plazo: decide qué procesos se suspender o reanudan.
  • Bajo o corto plazo: decide qué proceso se ejecuta en la unidad central de procesamiento.
• Objetivos de la Planificación:
  • Justicia o imparcialidad.
  • Maximizar la productividad.
  • Maximizar el tiempo de respuesta.
  • Evitar el aplazamiento indefinido.
  • Predecibilidad.### Procesos de Lote o Interactivos
• Un proceso de lote es más eficiente en cuanto a la lectura de datos, ya que generalmente lo hace de archivos.
• Un programa interactivo espera mucho tiempo por las respuestas de los usuarios.

Procesos en Tiempo Real

• Requiere que los procesos tengan prioridad para los turnos de ejecución.
• Los procesos en tiempo real deben dar respuesta en tiempo real.

Longevidad de los Procesos

• Existen procesos que requieren varias horas para finalizar su labor, mientras que otros solo necesitan algunos segundos.

Planificación Apropiativa o No Apropiativa

• La planificación no apropiativa es cuando una vez que un proceso obtiene el turno de ejecución, no puede ser suspendido por el sistema operativo.
• La planificación apropiativa es cuando existe un reloj que lanza interrupciones periódicas en las cuales el planificador toma el control y decide si el mismo proceso seguirá ejecutándose o se le dará su turno a otro proceso.

Asignación del Turno de Ejecución

• Algoritmos de la capa baja para asignar el turno de ejecución:
  • Por prioridad: los procesos de mayor prioridad se ejecutan primero.
  • El trabajo más corto primero (SJF): se ejecutan primero aquellos trabajos que necesitan menos tiempo.
  • El primero en llegar, primero en ejecutarse (FCFS): los procesos reciben su turno conforme llegan.
  • Round Robin: se da a cada proceso un intervalo de tiempo de ejecución determinado.
  • El tiempo restante más corto (SRTF): se calcula cuánto tiempo le resta para terminar a todos los procesos y se escoge el que le queda menos tiempo.
  • La tasa de respuesta más alta: se concede el turno de ejecución al proceso que produce el valor mayor de la fórmula.
  • Por política: se establece algún reglamento específico que el planificador debe obedecer.

Problemas de Concurrency

• Condiciones de carrera o competencia: la condición de carrera ocurre cuando dos o más procesos acceden a un recurso compartido sin control.
• Inanición o aplazamiento indefinido: se produce cuando un proceso nunca recibe permiso para utilizar un recurso porque el algoritmo utilizado le asigna siempre el permiso a otros procesos.
• Condición de espera circular o interbloqueo (deadlock): se produce cuando cada proceso espera a un evento que solo puede generar otro del conjunto.
• Condición de no apropiación: se establece que si un proceso tiene asignado un recurso, ese recurso no puede arrebatársele por ningún motivo.
• Condición de espera ocupada: un proceso pide un recurso que ya está asignado a otro proceso y la condición de no apropiación se debe cumplir.
• Condición de exclusión mutua: cuando un proceso usa un recurso del sistema realiza una serie de operaciones sobre el recurso y después lo deja de usar.