Sistemas Operativos y Distribuidos

Introducción al Sistema Operativo Básico

• Un sistema operativo (SO) actúa como intermediario entre el usuario y el hardware de la computadora.
• Los objetivos de un SO son ejecutar programas de usuario, simplificar la resolución de problemas, facilitar el uso del sistema informático y optimizar el uso del hardware.
• Los sistemas informáticos consisten en hardware (dispositivos electrónicos, mecánicos y ópticos) y software (programas).
• Un SO proporciona una interfaz entre el hardware y el usuario.
• Un SO abstrae la complejidad del hardware
• Un SO es esencial para el funcionamiento de una computadora.

Componentes del Sistema Informático

• Hardware: proporciona recursos básicos (CPU, memoria, dispositivos E/S).
• Sistema operativo: controla y coordina el uso del hardware entre diferentes programas de aplicación para distintos usuarios.
• Programas de aplicación: determinan cómo se usan los recursos del sistema para resolver problemas de los usuarios (compiladores, sistemas de bases de datos, juegos, etc.).
• Usuarios: personas, máquinas u otras computadoras.

Visión Abstracta del Sistema

• El SO separa la interacción del usuario y los programas del hardware subyacente.
• Facilita la ejecución de varios programas (procesos) simultáneamente.

Definiciones de Sistemas Operativos

• Asignador de recursos: administra y asigna los recursos.
• Programa de control: controla la ejecución de los programas de usuario y las operaciones de los dispositivos E/S.
• Kernel: es el único programa que se ejecuta constantemente (en comparación con los programas de aplicación).

Objetivos de un Sistema Operativo

• Corrección: los límites de la memoria, las prioridades y el estado estable.
• Conveniencia: proporcionar una interfaz para que los usuarios no deban manejar los detalles bajos (encapsulación/abstracción), facilitar la sincronización, llamadas al sistema, y sistemas de archivos e herramientas.
• Eficiencia: optimizar la utilización de recursos, su uso compartido y la multitarea.
• Equidad: garantizar una distribución justa de los recursos entre los usuarios y las tareas.

Un Sistema Operativo como Asignador de Recursos

• Permite que varios usuarios (o procesos) obtengan acceso simultáneo a los recursos informáticos (CPU, memoria, dispositivos E/S).
• El SO crea la ilusión de que cada usuario tiene acceso exclusivo a los recursos.

Continuidad Virtual

• El SO mantiene la sensación de que un proceso está ejecutándose continuamente en la CPU.
• El cambio de contexto permite esta ilusión.

Cambio de Contexto

• El SO guarda el estado del proceso actual para poder restaurarlo más tarde.
• Se carga el estado de otro proceso en la CPU.
• Un evento (por ejemplo, I/O, espera o cambio de prioridad) causa un cambio de contexto.
• Para realizar un cambio de contexto, el SO debe guardar información importante, como el contador de programa, la palabra de estado de programa (PSW), registros de la CPU, punteros de archivos y memoria actual.

Programación y Cambio de Contexto

• Un proceso puede ceder la CPU realizando entrada/salida, entrando en un estado de espera o entrando en un estado suspendido.
• Renunciar a la CPU significa cambiar al proceso actual por un nuevo proceso.

Programación Preventiva

• Algunos SO fuerzan a un proceso a ceder la CPU si permanece demasiado tiempo.
• Esta política se llama "programación preventiva".
• Ejemplos de sistemas operativos con programación preventiva incluyen Windows NT, Unix, pero no los SOs anteriores a Win95.

Uso de Prioridades

• La mayoría de los SOs usa prioridades para manejar la distribución de recursos equitativa entre los procesos.
• Las prioridades se asignan a los procesos para indicar su importancia o urgencia.

Proceso

• Un proceso es un programa en ejecución.
• Los componentes de un proceso incluyen el programa, los datos que el programa usa para ejecutarse, los recursos requeridos por el programa (e.g., memoria, archivos/directorios) y el estado actual de la ejecución.

Entrelazado de Procesos

• Los procesos se pueden ejecutar de forma entrelazada.
• Los procesos parecen ejecutarse al mismo tiempo, pero en realidad se ejecutan en intervalos cortos.

Sistemas Mainframe

• Inicialmente, los SOs mainframe eran simples y se enfocaron en reducir los tiempos de configuración agrupando trabajos similares.
• Usaban la automatización para transferir el control entre trabajos.
• El monitor residente es una característica principal del SO mainframe.

Disposición de Memoria para Lote Simple

• Los programas de usuario se cargan en la región de memoria designada.
• El SO está en una región diferente de la memoria principal.

Lote Multiprogramado

• Varios trabajos se ejecutan en la memoria principal al mismo tiempo.
• La CPU se divide entre los trabajos.

Características del Sistema Operativo para Multiprogramación

• Rutinas de E/S: proporcionadas por el sistema.
• Administración de memoria: el SO asigna memoria a varios trabajos.
• Programación de CPU: el SO elige entre varios trabajos.
• Asignación de dispositivos: control de acceso a dispositivos.

Sistemas de Tiempo Compartido

• La CPU se divide entre varios usuarios o procesos para generar una experiencia interactiva.
• Hay comunicación entre el usuario y el sistema.
• El tiempo de respuesta es una características importante.

Sistemas de Escritorio

• Sistemas operativos para computadoras personales de un solo usuario.
• Ofrecen un entorno de usuario cómodo y fácil de usar.
• Incluyen elementos como menú, interfaces gráficas etc.

Sistemas Paralelos

• Usan varias CPUs para mejorar el rendimiento.
• Se puede clasificar en "acoplados estrechamente" o "débilmente acoplados".
• Pueden usar memoria compartida o no.

Multiprocesamiento Simétrico

• Cada procesador ejecuta una copia del SO.
• Mejor rendimiento gracias al reparto de tareas entre procesadores.

Sistemas Distribuidos

• Ejecutan tareas en varias máquinas.
• Los procesadores suelen tener memoria local.
• Hay comunicaciones entre procesadores.

Estructura Cliente-Servidor

• Una estructura distribuida en la que los clientes solicitan servicios de servidores.

Sistemas Agrupados

• Dos o más sistemas comparten almacenamiento.
• Ofrece alta confiabilidad por las redundancias.
• Poseen agrupamiento simétrico o asimétrico.

Sistemas en Tiempo Real

• Son usados para tareas con plazos o tareas críticas.
• Poseen restricciones temporales bien definidas.
• Pueden ser "estrictos" o "suaves" dependiendo de las interacciones con el usuario.

Sistemas Portátiles

• Generalmente se ejecutan en computadoras pequeñas como dispositivos PDA o teléfonos celulares.
• Tienen limitaciones en memoria, procesador y pantalla.

Migración del Sistema Operativo

• Evolución de los sistemas operativos de los mainframes a las computadoras portátiles.
• Se destaca la evolución en el tiempo de los sistemas operativos.

Entornos Informáticos

• Se describen la computación tradicional, la computación en la web y la computación integrada.
• Un ambiente que hace posible una tarea particular en un SO.

El Sistema Operativo PC-XINU

• Un sistema operativo específico denominado PC-XINU
• Este es un sistema particular, y es relevante solamente en el contexto de esos apuntes.