Teoria2_DAM_483_RA1_EstructuraSO.pptx-3.pdf

A2 El sistema operatiu A2 El sistema operatiu Instal·lació del sistema operatiu Obra derivada a partir de la confeccionada per : Col·lecció dissenyada i coordinada des de l’Institut Obert de Catalunya. Coordinació de continguts Josep L...

A2 El sistema operatiu A2 El sistema operatiu Instal·lació del sistema operatiu Obra derivada a partir de la confeccionada per : Col·lecció dissenyada i coordinada des de l’Institut Obert de Catalunya. Coordinació de continguts Josep Lladonosa Capell Juan José López Zamorano Josep Pons Carrió Redacció de continguts Jordi Masfret Corrons Aitor Rigada Bofill José Luis Antúnez Reales Joan Francesc Muñoz Pastor Oriol Torres Carrió Primera edició: febrer 2011 Cristina Obiols Llopart Imatge de coberta © Departament d’Ensenyament Roger Borrell Anglada Eduard García Sacristán Material realitzat per Eureca Media, SL Josep Esteve Estruch Carolina Palomares Grau Dipòsit legal: B. 21528-2012 Els continguts d’aquesta presentació estan subjectes a una llicència de Reconeixement-No comercial-Compartir 3.0 de Creative Commons. Se’n permet còpia, distribució i comunicació pública sense ús comercial, sempre que se’n citi l’autoria i la distribució de les possibles obres derivades es faci amb una llicència igual a la que regula l’obra original. La llicència completa es pot consultar a http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/deed.ca. A2 El sistema operatiu Continguts Continguts - Introducció - Estructura del sistema operatiu - Components del sistema operatiu - Objectius i funcions del sistema operatiu - Tipus de sistemes operatius - Llicències A2 El sistema operatiu Introducció Per facilitar l’ús de l’ordinador s’ha posat per sobre del maquinari una capa de programari amb l’objectiu de gestionar les diferents parts de l’ordinador de manera eficient i, alhora, presentar a l’usuari una màquina virtual molt més senzilla d’entendre i utilitzar. Aquesta capa de programari és l’anomenat programari del sistema, la part més important del qual és el sistema operatiu.  A2 El sistema operatiu Introducció Podem definir el sistema operatiu tenint en compte diferents paràmetres de valoració: Segons la funció que tingui. Un sistema operatiu és el suport lògic que controla el funcionament de l’equip físic. Des del punt de vista de l’usuari. Un sistema operatiu és un conjunt de programes i funcions que amaguen els detalls del maquinari donant a l’usuari un camí senzill i flexible d’accés al sistema. Des del punt de vista de gestor de recursos. Un sistema operatiu és l’administrador de recursos oferts pel maquinari per obtenir un rendiment eficient. Des del punt de vista del sistema i d’operació. Un sistema operatiu és el conjunt de programes relacionats entre si, que contribueixen al fet que l’ordinador faci correctament el seu treball.  A2 El sistema operatiu Introducció També podeu observar com el sistema operatiu és l’única capa que treballa directament amb el maquinari. Per sobre del sistema operatiu es troba un nivell format pels traductors, editors de text i els intèrprets d’ordres. Els dos primers tipus de programes, juntament amb els enllaçadors i els depuradors, són útils per crear un nivell d’abstracció còmode per al desenvolupament de programes. A2 El sistema operatiu Estructura del sistema operatiu Estructura del sistema operatiu  A2 El sistema operatiu Estructura del sistema operatiu Estructura monolítica L’estructura monolítica està formada per un programa que estava integrat per un conjunt de rutines entrellaçades de tal manera que cada una podia cridar qualsevol altra. L’estructura consisteix en el fet que no hi ha estructura. Les tres principals característiques d’aquesta estructura són: 1. És molt comuna. No existeix estructura pròpiament o és mínima. 2. El sistema operatiu és una col·lecció de procediments que es poden cridar entre si. 3. Cada procediment té una interfície ben definida en termes de paràmetres i resultats.  A2 El sistema operatiu Estructura del sistema operatiu Estructura jeràrquica En l’estructura jeràrquica els sistemes operatius s’estructuren en les capes següents: Planificació del processador: gestiona el processador i la manera com poden accedir al processador els diferents programes. Gestió de memòria: gestiona la memòria i la utilització que se’n pot fer per part dels diferents programes. Gestió d’entrada/sortida: gestiona cada un dels perifèrics de l’ordinador. Sistema de fitxers: gestiona la informació dels usuaris i fixa els mecanismes de protecció necessaris per aconseguir un sistema de seguretat acceptable. Programes d’usuari: aplicacions específiques d’utilització per part de l’usuari.  A2 El sistema operatiu Estructura del sistema operatiu Estructura jeràrquica  A2 El sistema operatiu Estructura del sistema operatiu Estructura de màquina virtual Aquests sistemes presenten al programa una màquina que sembla idèntica a la màquina real, anomenada màquina virtual. El nucli d’aquest sistema operatiu s’anomena monitor virtual. El sistema de màquina virtual separa dos conceptes que solen estar junts en tots els sistemes operatius: la multiprogramació i la màquina estesa. El monitor virtual té com a missió fer la multiprogramació presentant als nivells superiors tantes màquines virtuals com se sol·licitin. No són màquines esteses sinó una replica exacta de la màquina real, de manera que en cada una d’aquestes es pot executar un sistema operatiu diferent, que serà el que ofereixi la màquina estesa a l’usuari.  A2 El sistema operatiu Estructura del sistema operatiu Estructura de màquina virtual Les 5 característiques principals del monitor virtual són: 1. Proporciona varies màquines virtuals a la capa superior. 2. Las màquines virtuals instrumenten còpies “exactes” del maquinari simple, amb el seu mode nucli /usuari, E/S, interrupcions i tot el que té una màquina real. 3. Poden executar qualsevol sistema operatiu de forma directa sobre el maquinari. 4. Les diferents màquines virtuals poden executar diferents sistemes operatius i en general així ho fan. 5. Suporten perifèrics virtuals.  A2 El sistema operatiu Estructura del sistema operatiu Estructura client-servidor La idea principal de l’estructura client/servidor és implementar la major part de les funcions del sistema operatiu en la capa dels processos de l’usuari. Dos elements són la base d’aquesta política: elnucli i els processos. Es tracta de dissenyar un nucli tan petit com sigui possible, i de subministrar mecanismes per a la gestió d’accessos a la memòria i la comunicació entre programes. Les polítiques, les fixen els programes que fan moltes vegades les funcions que abans feien els sistemes operatius.  A2 El sistema operatiu Estructura del sistema operatiu Estructura orientada a l’objecte Els nous sistemes operatius s’estan desenvolupant d’acord amb metodologies orientades a objectes. En comptes de veure el sistema operatiu com una col·lecció de funcions que es poden executar, la concepció dels nous sistemes es basa en una col·lecció d’objectes. El nucli del sistema operatiu serà el responsable del manteniment de les definicions del tipus d’objectes suportats i del control dels privilegis d’accés a aquest. Quan un programa vol fer alguna operació sobre un objecte determinat, haurà d’executar una crida al sistema operatiu indicant quins drets té per poder-lo utilitzar i quina operació interna tracta de fer.  A2 El sistema operatiu Estructura del sistema operatiu Estructura multiprocessador Podem classificar les arquitectures multiprocessador segons la relació que hi ha entre processadors i memòria: Multiprocessadors acoblats fortament. Aquest sistema també s’anomena sistemes de memòria compartida. En aquest cas, cada processador veu i, per tant, pot accedir directament a la totalitat de la memòria. Multiprocessadors acoblats dèbilment. També s’anomenen sistemes de memòria distribuïda. Cada processador té accés només a una memòria privada. Els processadors es comuniquen entre ells a través de mecanismes de missatges.  A2 El sistema operatiu Estructura del sistema operatiu Estructura per funcions En aquest cas les agrupacions es fan segons el tipus de servei que es vol donar, sense tenir en compte la proximitat o la distància del maquinari, com en el cas de l’estructura en capes. Aquestes agrupacions es poden fer a partir de serveis d’E/S, la gestió de la memòria, etc. Aquesta estructura dóna una organització vertical. A2 El sistema operatiu Components del sistema operatiu Components del sistema operatiu  A2 El sistema operatiu Components del sistema operatiu Components del sistema operatiu El nucli o kernel. L’administrador de memòria. El sistema d’entrada/sortida. L’administrador d’arxius. Sistema de protecció. Interfície d’usuari.  A2 El sistema operatiu Components del sistema operatiu Nucli o Kernel El nucli és el mòdul més baix del sistema operatiu, descansa directament sobre el maquinari de l’ordinador. Entre les tasques que fa hi ha la manipulació de les interrupcions, l’assignació de treballs al processador i el de proporcionar una via de comunicació entre els diferents programes. El nucli conté: - Un planificador, - Submòdul per al control d’interrupcions (FLHI, first level interruption handler), - Comunicador de processos  A2 El sistema operatiu Components del sistema operatiu Nucli o Kernel Les funcions del nucli les podem resumir dient que permeten l’existència d’un ambient en el qual sigui possible donar servei a diversos usuaris i múltiples tasques en forma concurrent, repartint al processador entre tots ells i intentant mantenir en grau òptim una atenció individualitzada. El sistema operatiu disposa de tres mecanismes d’accés al nucli: les excepcions, les interrupcions i els salts no programats (traps). Aquestes tres és basen essencialment en la tècnica de la interrupció de l’execució d’un programa.  A2 El sistema operatiu Components del sistema operatiu Administrador de memòria L’administrador de memòria és el que: Ubica, reemplaça, carrega i descarrega els processos en la memòria principal. Protegeix la memòria dels accessos no volguts (accidentals o intencionats). Permet compartir zones de memòria (indispensables per a la cooperació de processos). Un administrador de memòria necessita cinc funcions bàsiques: Reubicació: permet el recàlcul d’adreces de memòria. Protecció: evita l’accés de posicions de memòria sense permís. Compartició: permet a processos diferents accedir a un mateix lloc de memòria. Organització lògica: permet que els programes s’escriguin com mòduls compatibles i executables per separat. Organització física: permet l’intercanvi de memòria principal i memòria secundària.  A2 El sistema operatiu Components del sistema operatiu Sistema d’entrada/sortida (E/S) Aquest component presenta a l’usuari les dades com una qüesti. Independent del dispositiu; és a dir, per als usuaris, tots els dispositius tenen les mateixes característiques i són tractats de la mateixa manera, en què és el sistema operatiu el responsable d’atendre les particularitats de cada un. Hi ha cinc funcions que el sistema d’entrada/sortida(E/S) ha de complir: 1. Garantir l’accés als dispositius tenint en compte que un procés sols pot accedir a les parts a què tingui dret. 2. Oferir un servei als processos, sense necessitat de conèixer el dispositiu d’E/S. 3. Tractar les interrupcions, senyals rebuts pel processador d’un ordinador, indicant que ha d’interrompre el curs de l’execució actual i passar a executar un codi específic per tractar aquesta situació, generada pels dispositius. 4. Planificar els accessos dels dispositius de manera que se’n pugui realitzar un ús equitatiu. 5. Mantenir l’eficiència del sistema procurant que no apareguin colls d’ampolla.  A2 El sistema operatiu Components del sistema operatiu Administrador d’arxius Aquesta part del sistema operatiu s’encarrega de mantenir l’estructura de les dadesi els programes del sistema corresponents als diferents usuaris i d’assegurar l’ús efectiu dels mitjans d’emmagatzematge massiu. L’administrador d’arxius també supervisa la creació, actualització i eliminació dels arxius, mantenint un directori amb tots els arxius que hi ha en el sistema en cada moment, i coopera amb el mòdul d’administració de memòria durant les transferències de dades des de i cap a la memòria principal i dels mitjans d’emmagatzematge massiu per mantenir l’estructura de l’organització. Hi ha unes condicions bàsiques que tot gestor d’arxius ha de concedir a tots els usuaris, i són: Poder crear, llegir, esborrar i intercanviar fitxers. Tenir el control dels fitxer d’altres usuaris. Controlar quin tipus d’accés s’atorga a la resta d’usuaris. Poder ordenar els fitxers mitjançant directoris. Poder moure informació entre fitxers. Permetre crear i restaurar còpies de seguretat.  A2 El sistema operatiu Components del sistema operatiu Sistema de protecció Aquest sistema s’encarrega del següent: Distingir entre l’ús autoritzat i no autoritzat Especificar els controls de seguretat a fer Forçar l’ús de mecanismes de protecció Hi ha desenvolupats diferents models genèrics de protecció de recursos per als sistemes operatius, per controlar l’accés dels usuaris als recursos que poden ser protegits o per controlar el mateix sistema operatiu, que de vegades pot tenir un accés no apropiat.  A2 El sistema operatiu Components del sistema operatiu Sistema de protecció Alguns dels models de protecció més importants: Model de la matriu d’accés: es tracta de definir una matriu en funció del conjunt de permisos d’accés (lectura, escriptura, etc.) que especifica els diferents permisos que té el subjecte per a cada objecte en funció de les operacions que pot fer. Matriu[subjecte,objecte]. Model de seguretat amb acreditació i amb informació classificada: – Cap usuari no pot llegir la informació classificada per sobre del seu nivell d’acreditació. – Cap usuari pot rebaixar la classificació de la informació.  A2 El sistema operatiu Components del sistema operatiu Interfícies d’usuari dels sistemes operatius Una interfície d’usuari és el conjunt d’elements amb què els usuaris es comuniquen o interaccionen amb els ordinadors o altres màquines. Els sistemes operatius ofereixen dos tipus diferents d’interfícies d’usuari: Interfícies d’usuari alfanumèriques o de línia d’ordres Interfícies gràfiques d’usuari A2 El sistema operatiu Objectius i funcions del sistema operatiu Objectius i funcions del sistema operatiu  A2 El sistema operatiu Objectius i funcions del sistema operatiu Objectius i funcions dels sistemes operatius Els principals objectius dels sistemes operatius són: Incrementar la productivitat dels usuaris (facilitant l’ús). Proporcionar un entorn còmode i una abstracció del maquinari a l’usuari. Optimitzar la utilització dels components o recursos del maquinari. Gestionar els recursos del maquinari i del programari Decidir qui, quan, com i durant quant de temps s’utilitza un recurs. Resoldre conflictes entre peticions concurrents de recursos, preservant la integritat del sistema. Maximitzar el rendiment del sistema informàtic. Permetre la concurrència de processos. Possibilitar l’execució de qualsevol procés en el moment que se sol·liciti, sempre que hi hagi suficients recursos lliures per a ell. Ser eficient quant a reduir el temps que ocupa cada treball, el temps que no s’utilitza la CPU, el temps de resposta en sistemes multiaccés i el termini entre dues assignacions de CPU a un mateix programa.  A2 El sistema operatiu Objectius i funcions del sistema operatiu Objectius i funcions dels sistemes operatius Ser eficient quant a augmentar la utilització de recursos en general, com ara la memòria, els processadors, els dispositius d’E/S, etc. Ser fiable, és a dir, un sistema operatiu no ha de tenir errors i ha de preveure totes les possibles situacions. Ser de grandària petita. Possibilitar i facilitar tant com es pugui el diàleg entre el maquinari i usuari. Permetre compartir entre diversos usuaris els recursos de maquinari que té un ordinador. Permetre als usuaris compartir dades entre ells, en cas necessari. Facilitar les operacions d’E/S dels diferents dispositius connectats a un ordinador.  A2 El sistema operatiu Objectius i funcions del sistema operatiu Objectius i funcions dels sistemes operatius Les funcions dels sistemes operatius són: Dóna comoditat. Un sistema operatiu fa més fàcil l’ús de l’ordinador. Dóna eficiència. Un sistema operatiu permet que els recursos de l’ordinador s’usin de la manera més eficient possible. Té habilitat per evolucionar. Un sistema operatiu s’haurà de construir de manera que permeti el desenvolupament, prova o introducció efectiva de noves funcions sense interferir amb el servei. S’encarrega d’administrar el maquinari. El sistema operatiu s’encarrega de manipular de la millor manera els recursos de l’ordinador quant al maquinari, això és, assignar a cada procés una part del processador per poder compartir els recursos. Relaciona dispositius (gestionar-los a través del nucli del S.O). El sistema operatiu s’ha d’encarregar de comunicar els usuaris amb els dispositius perifèrics, quan els usuaris ho demanin. Organitza les dades per a un accés ràpid i segur.  A2 El sistema operatiu Objectius i funcions del sistema operatiu Objectius i funcions dels sistemes operatius Gestiona les comunicacions en xarxa. El sistema operatiu permet a l’usuari manipular amb gran facilitat tot allò que fa referència a la instal·lació i ús e les xarxes d’ordinadors. Facilita les entrades i sortides. Un sistema operatiu permet fer més fàcil a l’usuari l’accés i manipulació dels dispositius d’entrada/sortida de l’ordinador. Dóna tècniques de recuperació d’errors. Evita que altres usuaris interfereixin. El sistema operatiu evita que els usuaris es bloquegin entre ells, informant-los si aquesta aplicació l’està utilitzant un altre usuari. Genera estadístiques. Comparteix el maquinari i les dades entre els usuaris. Facilita la gestió de la memòria. Accepta els treballs i permet conservar-los fins que finalitzen. Detecta errors i actua de manera apropiada en el cas que es produeixin. Controla les operacions d’E/S. Controla les interrupcions. Planifica l’execució de tasques.  A2 El sistema operatiu Objectius i funcions del sistema operatiu Objectius i funcions dels sistemes operatius Entrega els recursos a les tasques. Retira els recursos de les tasques. Protegeix la memòria contra l’accés indegut dels programes. Suporta el multiaccés. Proporciona a l’usuari una manipulació fàcil de tot el sistema. Aprofita els temps morts del processador. Comparteix els recursos de les màquines entre diversos processos al mateix temps. Administra de manera eficaç el sistema com un tot. Permet que els diferents usuaris es puguin comunicar entre ells, així com els protegeix uns d’altres. Dóna als usuaris la facilitat d’utilitzar de manera senzilla tots els recursos i facilitats del sistema. Administra i organitza els recursos per utilitzar-los de la millor manera possible. Controla l’accés als recursos del sistema.  A2 El sistema operatiu Objectius i funcions del sistema operatiu Objectius i funcions dels sistemes operatius En general, es pot dir que els sistemes operatius fan dues funcions: 1. Faciliten la constitució d’una màquina virtual o estesa. El sistema operatiu posa al servei de l’usuari una màquina virtual que té unes característiques que són diferents (i més fàcils d’abordar) que les de la màquina real subjacent. 2. Faciliten la utilització compartida de recursos. Un sistema operatiu ha d’aconseguir que es comparteixin els recursos d’un ordinador entre un cert nombre d’usuaris que treballen de forma simultània. A2 El sistema operatiu Tipus de sistemes operatius Tipus de sistemes operatius  A2 El sistema operatiu Tipus de sistemes operatius Tipus de sistemes operatius Podem classificar els sistemes operatius segons: La utilització de recursos, és dir, processos concurrents. La interactivitat amb l’usuari. El nombre d’usuaris que hi poden accedir. El tipus d’aplicacions. El nombre de processadors de què disposa l’ordinador. A2 El sistema operatiu Llicències Llicències  A2 El sistema operatiu Llicències Llicències La llicència és el contracte entre el programador d’un programari sotmès a la propietat intel·lectual sobre el drets d’autor i l’usuari, en què es defineixen amb precisió els drets i deures de cada part. És el programador, o la persona a qui li hagi donat permís sobre els drets d’explotació, qui tria el tipus de llicència segons es vulgui distribuir el programari. El copyright o drets d’autor és la forma de protecció proporcionada per les lleis vigents a la majoria de països, als autors de programari tant per al publicat com per al pendent de publicar. El copyleft és l’antítesi del copyright, mitjançant la legislació pròpia dels drets d’autor, per assegurar que la persona que rep una còpia o obra derivada del programari pugui fer servir, modificar i també distribuir tant el treball com les seves versions.  A2 El sistema operatiu Llicències Tipus de llicències Des del punt de vista del programari de propietat: Llicència CLUF (contracte de llicència per a l’usuari final) o EULA (end user license agreement). Codi obert o open source. Des del punt de vista del programari lliure considerem les llicències: Llicència GPL (general public license of GNU). Llicència AGPL(llicència pública general d’Affero). Llicènncia LGPL(lesser general public license of GNU). Llicència FDL (free documentation license).  A2 El sistema operatiu Llicències Tipus de llicències