Arquitectura de Computadores

Arquitectura de Computadores
Arquitectura de Computadores
Departament
p
d’Informàtica de Sistemes i
Computadors
E.P.S.Alcoi
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
1
Bloque Temático I:
Sistemas Operativos
ÖTema 1: Introducción a los Sistemas
Operativos
ÖTema 2: Introducción al S.O. UNIX
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
2
1
Arquitectura de Computadores
Objetivos
1.- Presentar el concepto de sistema operativo.
2.- Dar una visión general de la evolución histórica de los
sistemas operativos que ayudará a entender qué
servicios proporciona el sistema y cómo los
proporciona.
3.- Describir las funciones que debe llevar a cabo
cualquier sistema operativo actual.
4.- Presentar el concepto de llamada al sistema como
mecanismo necesario para obtener los servicios de
éste.
5.- Presentar el intérprete de órdenes como ejemplo más
importante de programa del sistema.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
3
Bibliografía
Ö
A. Silberschatz, P. B. Galvin.
“Sistemas Operativos”. 5ª ed.
Ö W. Stallings.
“Operating Systems”, 3ª ed.
Ö J. Carretero, P. de Miguel
“Sistemas Operativos. Una versión
aplicada”
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
4
2
Arquitectura de Computadores
Índice
1.- Concepto de sistema operativo
2.- Evolución de los sistemas operativos
3.- Funciones del sistema operativo
4.- Modelo básico de un sistema informático
5.- Llamadas al sistema
6.- Programas del sistema
7.- Conceptos de planificación
8.- Criterios de planificación
9.- Algoritmos de planificación
10.- Evaluación de Algoritmos
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5
1.- Concepto de sistema operativo
ÖSistema operativo
Programa que actúa como interfaz entre los usuarios y el
hardware del computador.
U s u a rio 2
U s u a rio 1
U s u a rio n
co mp ilad or
ed itor
sistem a de
ba ses de dat os
P r o g ra m a s d e l s is te m a y ap lic a c io n e s
S is te m a O p er a tiv o
H a r d w a re
Abstracción de los componentes de un sistema informático
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
6
3
Arquitectura de Computadores
1.- Concepto de sistema operativo
ÖObjetivos principales de los sistemas operativos:
• Comodidad
Facilitar el uso de la máquina a los usuarios, proporcionando
un entorno cómodo para el desarrollo y ejecución de
programas y para el acceso a los recursos de la máquina
• Eficiencia
El s.o. debe administrar los recursos (hardware y software)
de la máquina de forma que se aprovechen de la manera
más conveniente.
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7
1.- Concepto de sistema operativo
ÖConceptos de sistema operativo:
1.- Máquina extendida
Los recursos hw son difíciles de manejar y programar
(especialmente la E/S). El s.o. debe ocultar la complejidad
del hw y proporcionar una interfaz sencilla de utilizar.
2.- Gestor de recursos
En un computador los programas en ejecución deben
compartir los recursos disponibles que son limitados (CPU,
memoria, dispositivos de E/S, etc.). El s.o. establece la
política que determina a quién, cuándo, cuánto tiempo y la
cantidad de recurso que asigna.
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
8
4
Arquitectura de Computadores
Contenidos
1.- Concepto de sistema operativo
2.- Evolución de los sistemas operativos
p
• Primeros sistemas
• Sistemas por lotes (batch)
• Sistemas multiprogramados
• Sistemas de tiempo compartido
• Sistemas Unix
• Sistemas para PC
• Tendencias actuales
3.- Funciones del sistema operativo
4.- Modelo básico de un sistema informático
5.- Llamadas al sistema
6.- Programas del sistema
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2.- Evolución de los sistemas
operativos
Primeros sistemas
Sistemas por lotes
• simples
• multiprogramados
Sistemas de
tiempo compartido
1950
1960
CTSS
OS/360
TSO
1970
Primeros sistemas
Unix
Sistemas operativos
para PC
PC’s
s
Sistemas
FORTRAN
y COBOL
MULTICS
UNIX
VMS
CP/M
1980
MS-DOS
MS
DOS
1990
Mac OS
OS/2
Windows
Windows NT
2000
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
10
5
Arquitectura de Computadores
2.- Evolución de los sistemas
operativos
ÖPrimeros sistemas
• Tipos de sistema
¾Máquinas voluminosas operadas desde una consola
¾Teletipos, tarjetas y cintas perforadas
¾Sin sistema operativo
• Modo de operación
¾“Hands on”: el usuario hace las veces de operador delante de
la consola y tiene el control total sobre la máquina.
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2.- Evolución de los sistemas
operativos
ÖPrimeros sistemas (ii)
• Software del sistema
No existe un sistema operativo como tal. El software
disponible es:
¾Cargadores
¾Compiladores / ensambladores
¾Bibliotecas con “manejadores de dispositivos”
• Problemática
P bl áti
¾Mala utilización de recursos caros (CPU, E/S) debido al
elevado tiempo de desarrollo y preparación delante de la
consola.
¾Interfaz muy rudimentaria con el usuario.
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6
Arquitectura de Computadores
2.- Evolución de los Sistemas
Operativos
$END
$RUN
$LOAD
$FTN
$JOB
ÖSistemas por lotes (batch)
p
simples
• Modo de operación
¾Contratación de un operador profesional.
¾Ausencia de interacción directa usuariomáquina.
¾Agrupación por lotes de trabajos
similares.
¾Secuenciación automática de trabajos con
tarjetas de control.
Manejadores de
dispositivos
Carga y
secuenciación
de trabajos
Intérprete del
lenguaje
de control
• Funciones del s.o.
Aparece el primer esbozo de sistema
operativo: el monitor residente.
Monitor
ZONA DEL
PROGRAMA
DE USUARIO
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2.- Evolución de los sistemas
operativos
Ö Sistemas por lotes simples (ii): Problemática
Baja utilización de la CPU debido a los elevados tiempos de E/S
• Tipo de carga: trabajos con secuencia de ráfagas de CPU y
E/S, donde la diferencia de velocidad entre la CPU y la E/S es
de tres órdenes de magnitud o más
• Utilización de la CPU = tiempo_CPU_ocupada / tiempo_total
CPU
E/S
CPU
E/S
CPU
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
E/S
CPU
E/S
CPU
14
7
Arquitectura de Computadores
2.- Evolución de los sistemas
operativos
Ö Sistemas por lotes simples (iii): Soluciones
A) Operación fuera de línea: reducir los tiempos de E/S
utilizando computadores satélite para ejecutar las
operaciones de E/S sobre dispositivos lentos.
B) Spooling: reducir los tiempos de E/S utilizando el disco
como un buffer para compensar la diferencia de
velocidades entre la E/S y los periféricos lentos
lentos.
C) Multiprogramación: Aprovechar las ráfagas de espera
(de la E/S) de un trabajo para ejecutar las ráfagas de CPU
de otros trabajos.
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2.- Evolución de los sistemas
operativos
A) Operación fuera de línea (off-line)
• La CPU trabaja con periféricos de E/S “rápidos” (cintas)
• Sistemas satélites se encargan de efectuar la E/S sobre
periféricos lentos (tarjetas, impresoras) y de transvasar los
datos entre periféricos lentos y rápidos.
cinta
cinta
CPU
satélite
li
satélite
cinta
SAT
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
cinta
SAT
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8
Arquitectura de Computadores
3.- Evolución de los sistemas
operativos
B) Spooling (Simultaneous Peripheral Operation On Line)
• El disco actúa como un buffer de E/S:
¾Mientras el periférico “lento” está ocupado la CPU vuelca a disco.
¾Cuando el periférico está listo, se realiza la transferencia del disco
al periférico “lento”.
DISCO
Impresora
Lectora
Tarjetas
CPU
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2.- Evolución de los sistemas
operativos
C) Multiprogramación
• Ejecución concurrente: ejecución paralela de varios trabajos.
¾Con un solo procesador se lleva a cabo alternando la CPU entre
procesos: las ráfagas de espera (de E/S) de un trabajo se
aprovechan para ejecutar las ráfagas de CPU de otros trabajos
¾Implica mantener varios trabajos en memoria simultáneamente.
• Objetivo: aumentar la utilización de la CPU
Trabajo 1
Trabajo 2
Trabajo 3
E/S
E/S
CPU
E/S
CPU
E/S
E/S
CPU
CPU
CPU
E/S
E/S
E/S
CPU
E/S
Utilización
CPU
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
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9
Arquitectura de Computadores
2.- Evolución de los sistemas
operativos
ÖSistemas por lotes multiprogramados
Son sistemas por lotes en los que se introduce la
multiprogramación
lti
ió
• El sistema operativo crece considerablemente en tamaño y
aparecen nuevas funciones:
¾Gestión de procesos: planificación de procesos, cambios de
contexto, etc.
¾Gestión de memoria: reparto y protección de la memoria
memoria, etc
etc.
• Problemática
¾La ausencia de interacción usuario-máquina hace difícil la
elaboración y depuración de programas
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2.- Evolución de los sistemas
operativos
Ö Sistemas de tiempo compartido
• Tipos de sistema
¾Mainframes con muchas terminales que distribuyen potencia
de cálculo como una especie de “central eléctrica”.
¾Sistemas multiusuario que combinan la multiprogramación y
la interacción usuario-máquina a través de terminales
• Objetivos
¾Tiempos de respuesta aceptables
¾Mejora de la interfaz usuario-máquina
¾Multitarea: un usuario puede ejecutar varios procesos
concurrentemente.
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10
Arquitectura de Computadores
2.- Evolución de los sistemas
operativos
Ö Sistemas de tiempo compartido (ii)
• Funciones del sistema operativo
¾Gestión de procesos: Madura el concepto de proceso y la
planificación.
¾Gestión de memoria: Nacen y se desarrollan las técnicas de memoria
virtual.
¾Gestión de ficheros: Nace la necesidad de sistemas de ficheros “en
línea” y comienzan a desarrollarse los precedentes de los sistemas de
ficheros actuales.
¾Necesidad de protección entre los diferentes usuarios y procesos
existentes.
• Crisis del software
La envergadura que alcanza el sistema operativo pone en tela de
juicio las metodologías existentes para desarrollar software
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2.- Evolución de los sistemas
operativos
Ö Los primeros sistemas Unix
• Tipo de sistema
¾Minicomputadores: máquinas de arquitectura más sencilla
que los mainframes pero con mayor potencia de cálculo y
menos usuarios
¾Ejemplos: PDP-1 ... PDP-7 ... PDP-11
• Objetivos
¾Adaptar los objetivos de los sistemas de tiempo compartido
(MULTICS) a arquitecturas minicomputador
¾Utilización de lenguajes de alto nivel para el diseño del
sistema operativo
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
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11
Arquitectura de Computadores
2.- Evolución de los sistemas
operativos
Ö Los primeros sistemas Unix (ii)
• Aportaciones de Unix
¾Diseño sencillo y potente. Dos únicas abstracciones: proceso
y fichero.
¾Introduce el modelo de sistema de ficheros actual.
¾Introduce un potente intérprete de órdenes.
¾Entorno de programación muy completo
completo.
¾Base para el desarrollo de la primera red de computadores y
TCP/IP.
¾Introduce el concepto de sistema abierto.
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2.- Evolución de los sistemas
operativos
Ö Sistemas operativos para PCs
• Tipo
Ti
de
d sistema
i t
¾Máquinas basadas en microprocesadores. Inicialmente de
arquitectura muy sencilla y limitada, pero con una continua
evolución en potencia.
¾Interfaces usuario-máquina muy sofisticadas: ratones,
pantallas gráficas, etc.
¾Pensadas para un solo usuario.
• Objetivos
¾Sencillez y comodidad del usuario: contrasta con los
primeros sistemas, donde los altos precios imponían la
optimización en la utilización de recursos.
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
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Arquitectura de Computadores
2.- Evolución de los sistemas
operativos
Ö Sistemas operativos para PCs (ii)
• Características
C
t í ti
primeros
i
sistemas
i t
(MS DOS CP/M,
(MS-DOS,
CP/M ...))
¾Poco más que un sistema de ficheros y un cargador.
• Características sistemas actuales (Windows, Linux, MacOS,
OS/2, ...)
¾Interfaz basada en sistema de ventanas y ratón (introducida por
Macintosh)
¾Si t
¾Sistemas
de
d ficheros
fi h
tipo
ti árbol
á b l (introducidos
(i t d id por U
Unix)
i )
¾Capacidad multitarea
¾Acceso a la red
¾Progresiva introducción de mecanismos de protección (al estilo
UNIX)
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2.- Evolución de los sistemas
operativos
ÖTendencias actuales
• Sistemas operativos en red
Permiten el acceso a recursos remotos. Proporcionan
p
p
protocolos de
comunicación y gran variedad de aplicaciones para acceso a la red
• Sistemas distribuidos
Permiten el acceso a recursos remotos de manera transparente
(obviando el hecho de la distribución). Proporcionan entornos de
programación distribuida y acceso transparente a bases de datos
remotas
remotas.
• Sistemas multimedia
Sistemas que incorporan interfaces audiovisuales.
¾Desarrollo de nuevas interfaces usuario-máquina.
¾Desarrollo de protocolos de transmisión en tiempo real.
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
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Arquitectura de Computadores
2.- Evolución de los sistemas
operativos
ÖTendencias de diseño actuales
• Tecnología orientada a objetos
• Modelo cliente-servidor para aplicaciones distribuidas
• Micronúcleos
Núcleos
úc eos de ssistema
ste a ope
operativo
at o co
con u
una
a funcionalidad
u c o a dad mínima
a
sobre los que desarrollar el resto del sistema como una
aplicación de usuario.
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Contenidos
1.- Concepto de sistema operativo
2.- Evolución de los sistemas operativos
3.- Funciones del sistema operativo
• Gestión de procesos
• Gestión de la memoria
• Gestión de ficheros
• Gestión de la red
• Protección
4.- Modelo básico de un sistema
4
informático
5.- Llamadas al sistema
6.- Programas del sistema
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
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14
Arquitectura de Computadores
3.- Funciones del sistema operativo
ÖFunciones del sistema operativo: Clasificación
• Gestión de procesos.
• Gestión de memoria.
• Gestión del sistema de ficheros.
• Gestión de dispositivos de E/S.
• Gestión de la red.
• Protección.
ÖCada una de las funciones viene caracterizada por una
serie de abstracciones que se han desarrollado para
resolver su problemática concreta.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
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3.- Funciones del sistema operativo
Ö Gestión de procesos
Es importante diferenciar entre proceso y programa:
• Programa: Lista de instrucciones
instrucciones. Ente pasivo
pasivo. Se almacena en
ficheros.
• Proceso: Ejecución de un programa. Ente activo. Requiere que el
programa se cargue previamente en memoria.
programa
fuente
Compilación
programa
objeto
Enlace
programa
ejecutable
proceso
Biblioteca de
módulos
objeto
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
programa
ejecutable
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Arquitectura de Computadores
3.- Funciones del sistema operativo
Ö Gestión de procesos (ii)
• Problemática:
¾Ejecución concurrente: Simular la ejecución paralela de
varios programas sobre un único procesador (repartiendo para
ello el tiempo del procesador entre los procesos).
¾Planificación de procesos: Determinar a qué proceso se le
asigna el procesador en cada instante.
• Funciones:
¾Creación y eliminación de procesos.
¾Comunicación y sincronización de procesos.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
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3.- Funciones del sistema operativo
Ö Gestión de la memoria
• Está asociada a la gestión de procesos:
¾ Para ejecutar un proceso es necesario asignarle memoria y cargarlo en ella
¾ Cuando finaliza su ejecución, la memoria debe ser liberada.
• Problemática
¾ Aislamiento del proceso: Cada proceso debe tener una zona de memoria
independiente.
¾ Asignación de la memoria: Hay que llevar el control de las zonas de memoria
libres y ocupadas y la zona de memoria asignada a cada proceso.
¾ Memoria virtual: Técnica que permite direccionar la memoria desde un punto
d vista
de
i t ló
lógico,
i
sin
i d
depender
d d
dell ttamaño
ñ o lla ubicación
bi
ió d
de lla zona d
de memoria
i
que finalmente se asigne al proceso.
• Funciones:
La gestión de memoria es transparente al programador: la asignación y la
liberación se hacen automáticamente con la creación y eliminación de
procesos.
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
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16
Arquitectura de Computadores
3.- Funciones del sistema operativo
Ö Gestión de ficheros
• Fichero:
Ab t
Abstracción
ió para definir
d fi i una colección
l
ió de
d iinformación
f
ió no volátil.
látil S
Su
objetivo es proporcionar un modelo de trabajo sencillo con los
discos.
• Problemática:
¾Organización del sistema de ficheros: directorios
¾Asignación de espacio en disco a la información (de manera no
necesariamente contigua).
¾G tió d
¾Gestión
dell espacio
i lib
libre y ocupado
d en di
disco.
¾Protección.
• Funciones para la gestión de ficheros:
¾Creación y eliminación de ficheros y directorios.
¾Manipulación de ficheros y directorios (lectura, escritura, copia, ...).
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
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3.- Funciones del sistema operativo
Ö Gestión de dispositivos de E/S
• Objetivo
Proporcionar una interfaz de alto nivel de los dispositivos
de E/S sencilla de utilizar. En algunos sistemas esta interfaz
es semejante a la de los ficheros.
• Problemática
¾Manejadores de dispositivos (drivers):
Componentes del sistema operativo que ocultan la complejidad
y las peculiaridades del hardware de E/S y ofrecen una interfaz
independiente del dispositivo. El manejador (software) se
encarga de realizar la programación de los controladores de
dispositivos (hardware).
¾Planificar el uso de los dispositivos:
Proporcionar acceso exclusivo, spooling, etc.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
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Arquitectura de Computadores
3.- Funciones del sistema operativo
Ö Gestión de la red
Comprende varios niveles:
¾Manejadores (drivers) de tarjetas de red.
¾Protocolos de comunicación (TCP/IP, NetBIOS, etc.):
Resuelven el acceso a la red y proporcionan una interfaz para
comunicación entre procesos remotos.
¾Aplicaciones para uso de la red (WWW,
(WWW FTP
FTP, etc
etc.).
)
Son programas de aplicación, construidos sobre la interfaz de
comunicación, que facilitan el acceso a recursos remotos
(ficheros, información,...)
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
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3.- Funciones del sistema operativo
Ö Protección y seguridad
Mecanismo para permitir o denegar el acceso de un proceso de
p
de
un usuario determinado a un recurso ((ficheros,, dispositivos
E/S).
• Problemática:
¾Diseño de un modelo y una política de protección para definir qué
accesos son legales y cuáles son ilegales.
¾Implementación de un mecanismo ejecutivo que vigile el
cumplimiento de las reglas de protección definidas.
¾Seguridad: Mecanismo para garantizar la privacidad de la
información frente a ataques intencionados por parte de intrusos.
Muchos de ellos se basan en técnicas para autenticar usuarios y
codificación criptográfica.
• Funciones:
¾Funciones para definir “propietarios” de recursos o niveles de
protección.
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
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Arquitectura de Computadores
Contenidos
1.- Concepto de sistema operativo
2.- Evolución de los sistemas operativos
3.- Funciones del sistema operativo
4.- Modelo básico de un sistema
informático
• Funcionamiento de un sistema informático
• Protección Hardware
• Arquitectura
q
g
general del sistema
5.- Llamadas al sistema
6.- Programas del sistema
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4.- Modelo básico de un sistema
informático
ÖSistema Informático: Arquitectura Hardware
disco
disco
Controlador
de disco
impresora
p
Cintas
magnéticas
Controlador
de impresora
Controlador
de cinta
bus del sistema
Controlador de memoria
Memoria
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Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
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Arquitectura de Computadores
4.- Modelo básico de un sistema
informático
ÖSistema Informático: Arquitectura Hardware (ii)
• Los dispositivos de E/S y la CPU pueden trabajar
simultáneamente.
• Cada controlador de dispositivo se encarga de un tipo de
dispositivo.
¾Cada controlador de dispositivo tiene un buffer local y un
conjunto de registros de propósito especial.
• Programación del dispositivo
¾La CPU copia datos desde la memoria principal al buffer local
del manejador y viceversa
¾El controlador del dispositivo informa a la CPU de que ha
finalizado la operación generando una interrupción.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
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4.- Modelo básico de un sistema
informático
ÖSistema Informático: Interrupciones
• Cuando ocurre una interrupción, el hardware transfiere el
control al sistema operativo automáticamente.
• En concreto,
¾se transfiere el control al vector de interrupción que
almacena las direcciones de todos los manejadores de
interrupción, y desde allí...
¾...se salta al manejador (o rutina de servicio de interrupción)
concreto correspondiente al tipo de interrupción ocurrida.
• El hardware debe salvar la dirección de la instrucción
interrumpida, para poder continuar con su ejecución una vez
finalizado el proceso de la interrupción.
• Normalmente, mientras se está procesando una
interrupción, el sistema operativo mantiene inhabilitadas el
resto de interrupciones.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
40
20
Arquitectura de Computadores
4.- Modelo básico de un sistema
informático
ÖProtección Hardware: Necesidad
• La ejecución simultánea de distintos procesos conlleva la
compartición de los recursos hardware del computador
entre dichos procesos.
• Esta compartición obliga al sistema operativo a conseguir que
un programa incorrecto (o malicioso) no provoque la
ejecución incorrecta de otros programas.
• Para conseguir este objetivo, el sistema operativo utiliza los
modos de ejecución del procesador
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
41
4.- Modelo básico de un sistema
informático
ÖProtección Hardware: Modos de ejecución
• Los procesadores modernos proporcionan la posibilidad de
f
funcionar
i
en distintos
di ti t modos,
d
d d en cada
donde
d modo
d se d
define
fi un
subconjunto válido de instrucciones que se permiten ejecutar.
• Para conseguir la protección hardware necesaria por el sistema
operativo, el procesador debe proporcionar al menos dos modos
de ejecución:
¾Modo usuario:
En este modo se ejecutan las instrucciones de los procesos de
usuario Sólo un subconjunto restringido de instrucciones están
usuario.
disponibles
¾Modo supervisor (privilegiado, kernel, monitor o sistema):
En este modo se ejecutan las instrucciones del sistema operativo. El
conjunto completo de las instrucciones del procesador está
disponible (no hay restricciones)
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
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21
Arquitectura de Computadores
4.- Modelo básico de un sistema
informático
ÖProtección Hardware: Modos de ejecución (ii)
• Normalmente, en el procesador existe un bit que indica en qué modo se
encuentra actualmente: supervisor (0) / usuario (1)
• ¿Cómo se conmuta de un modo a otro?
¾De modo usuario a supervisor: lo realiza el hardware cuando se recibe una
interrupción. Así, el sistema operativo se ejecuta en modo supervisor.
¾De modo supervisor a usuario: lo realiza el hardware, justo antes de volver
del tratamiento de la interrupción al proceso interrumpido. Así, el proceso de
usuario sigue su ejecución en modo usuario.
Interrupción
supervisor
usuario
Activar modo usuario
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
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4.- Modelo básico de un sistema
informático
ÖProtección Hardware: Modos de ejecución (iii)
• Las instrucciones disponibles en modo supervisor y que no
lo están en modo usuario se denominan instrucciones
privilegiadas.
• Estas instrucciones están asociadas principalmente a tres
tipos de protección:
A) Protección de la Entrada/Salida
B) Protección de la memoria
C) Protección del procesador
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
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22
Arquitectura de Computadores
4.- Modelo básico de un sistema
informático
A) Protección de E/S
• Todas las instrucciones de E/S son privilegiadas.
• Se debe asegurar que un programa de usuario nunca pueda
obtener el control del computador en modo supervisor:
¾Por ejemplo, se debe impedir que un programa pueda cambiar
durante su ejecución una dirección en el vector de
interrupciones.
• Esto implica que:
¾Se debe proporcionar protección de memoria para al menos
el vector de interrupciones y los manejadores de interrupción
¾En general, se requiere proteger la memoria del sistema
operativo del acceso por parte de los programas de usuario, y
proteger la memoria de cada proceso del acceso de los demás
programas de usuario.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
45
4.- Modelo básico de un sistema
informático
B) Protección de memoria
• Existen dos registros que determinan
el rango de direcciones válidas a las
que se permite acceder a un proceso:
¾ registro base
mantiene la menor dirección física de
memoria permitida.
¾ registro límite:
contiene el tamaño del rango. El rango
válido va desde la dirección lógica cero
a la “límite -1”.
• El sistema operativo mantiene el valor
de ambos registros para cada proceso
• Para cada proceso, la memoria
ubicada fuera de su rango está
protegido mediante el siguiente
mecanismo
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
0
Sistema
operativo
256000
Proceso de
usuario 1
300040
300040
Proceso de
usuario 2
registro base
120900
420940
Proceso de
usuario
i 3
registro límite
880000
Proceso de
usuario 4
1024000
46
23
Arquitectura de Computadores
4.- Modelo básico de un sistema
informático
B) Protección de memoria (ii): Mecanismo
• Cada acceso de memoria generado en modo usuario:
trap al sistema
operativo (error de
direccionamiento)
MEMORIA
No
<
dirección
Sí
+
120900
300040
Registro
límite
Registro
base
• Sin embargo, en modo supervisor, el sistema operativo tiene acceso sin
restricciones tanto a la memoria de usuario como a la de sistema.
• Las instrucciones de carga de los registros base y límite son privilegiadas.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
47
4.- Modelo básico de un sistema
informático
C) Protección de la CPU
• Hay que evitar que un proceso de usuario se apropie de la CPU (si
nunca hace E/S, puede no dejar ejecutarse a nadie más durante
mucho tiempo).
• Para ello, el sistema operativo se sirve de un temporizador (timer)
hardware.
• Cuando transcurre el tiempo que ha especificado el sistema operativo,
el temporizador interrumpe a la CPU, dando al sistema la oportunidad
d ejecutarse.
de
j
t
A
Asíí se asegura que ell sistema
i t
mantiene
ti
ell control.
t l
• Además, los temporizadores son utilizados por el sistema para
¾Implementar los sistemas de tiempo compartido.
¾Registrar la hora en curso
• La carga de un temporizador es una instrucción privilegiada.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
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24
Arquitectura de Computadores
4.- Modelo básico de un sistema
informático
ÖArquitectura general del sistema
Dado que las instrucciones de E/S son privilegiadas, ¿cómo
realizan
li
llos procesos de
d usuario
i operaciones
i
de
d E/S ?
Llamadas al sistema
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
49
Contenidos
1.- Concepto de sistema operativo
2.- Evolución de los sistemas operativos
3.- Funciones del sistema operativo
4.- Modelo básico de un sistema
informático
5.- Llamadas al sistema
6.- Programas del sistema
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
50
25
Arquitectura de Computadores
5.- Llamadas al sistema
ÖConcepto
• Es el método utilizado por un proceso de usuario para solicitar
servicios al sistema operativo
• Por tanto, el conjunto de llamadas al sistema define:
¾El conjunto de servicios básicos que proporciona el sistema operativo
¾La interfaz entre un proceso y el sistema operativo.
ÖImplementación
• Habitualmente toma la forma de una excepción (trap) a una posición
específica del vector de interrupciones (interrupción software)
• Normalmente se proporciona una interfaz como funciones de biblioteca de
lenguajes de programación que ocultan el trap y dan la apariencia de
llamadas a procedimientos o funciones predefinidas.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
51
5.- Llamadas al sistema
ÖSecuencia de acciones asociadas a una llamada al sistema
.......
Memoria principal
M
Programa de usuario 2
Llamada al
sistema
° Trap o int. software
Programa de usuario 1
³
°
Programas
de usuario
Modo Usuario
³ Retorno del control
² Procedimiento
±
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
± Determinación del servicio
² Llamada al p.servidor
Sistema Operativo
Modo supervisor o kernel
Servidor
52
26
Arquitectura de Computadores
5.- Llamadas al sistema
ÖEjemplo: llamadas al sistema de Unix
Gestión de procesos
pid = fork ( )
s = waitpid (pid, status, opts)
s = execve(name, argv, envp)
exit(status)
Descripción
Crear un proceso hijo
Esperar finalización de un hijo
Cambiar imagen de memoria
Invocar finalización y devolver estado
Gestión de señales
s = sigaction (sig, act, oact)
s = kill (pid,
(pid sig)
residual = alarm (seconds)
s=pause ()
Descripción
Especificar una acción para una señal
Enviar una señal a un proceso
Planificar una señal SIGALRM al cabo de un tiempo
Suspender el que invoca hasta que llegue una señal
Gestión de memoria
size = brk (addr)
Descripción
Modificar tamaño seg. de datos (no POSIX)
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
53
5.- Llamadas al sistema
ÖEjemplo: llamadas al sistema de Unix (ii)
Gestión de ficheros/directorios
fd = creat(name,
creat(name mode)
fd = open(file, how)
s = close(fd)
n = read (fd, buffer, nbytes)
n = write (fd, buffer nbytes)
pos = lseek (fd, offset, whence)
s = stat (name,buf),
s = mkdir(name, mode)
s = rmdir(name)
s = link (name1, name2)
s = unlink(name)
s = chdir(dirname)
s = chmod(name, mode)
Descripción
Crear un fichero
Abrir un fichero para lectura y/o escritura
Cerrar un fichero abierto
Leer de un desc. de fichero sobre un buffer
Escribir de un buffer sobre un desc. de fichero
Posicionar el puntero de posición
Obtener atributos de un fichero de su nodo-i
Crear un directorio
Borrar un directorio vacío
Crear una entrada de directorio para un fichero existente
Borrar una entrada de directorio
Cambiar el directorio de trabajo
Cambiar bits de protección de un fichero
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
54
27
Arquitectura de Computadores
5.- Llamadas al sistema
ÖEn resumen, los sistemas operativos modernos son
programas
p
g
dirigidos
g
p
por eventos
• Si no hay procesos que ejecutar, ni dispositivos de E/S que
atender, ni usuarios a los que responder, el sistema operativo
permanecerá parado a la espera de que ocurra algún evento.
• Los eventos se señalan mediante interrupciones (hardware
o software).
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
55
Contenidos
1.- Concepto de sistema operativo
2.- Evolución de los sistemas operativos
3 Funciones
3.F
i
d l sistema
del
i t
operativo
ti
4.- Modelo básico de un sistema
informático
5.- Llamadas al sistema
6.- Programas del sistema
• Concepto
• Clasificación
• Intérprete de órdenes
¾Órdenes externas
¾Órdenes internas
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
56
28
Arquitectura de Computadores
6.- Programas del sistema
ÖConcepto
• Utilidades del sistema operativo que se ejecutan como
procesos de usuario y proporcionan un entorno más cómodo
cómodo.
• Son programas escritos en un lenguaje de programación (como C)
que realizan llamadas al sistema.
ÖClasificación
• Intérpretes de órdenes: sh, ksh, bash
• Tratamiento de ficheros y directorios: mkdir,, cp,
p, mv,, ls,, etc.
• Filtros: grep, sort, head, tail, etc.
• Desarrollo de programas: editores, compiladores, ensambladores,
etc.
• Sistemas de ventanas: X11
• Comunicaciones: mail, ftp, rlogin, etc.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
57
6.- Programas del sistema
ÖIntérprete de órdenes
• Es la interfaz p
primaria entre el usuario y el sistema
operativo.
• Es un programa que lee de su entrada estándar una orden
introducida por un usuario, la analiza y la ejecuta.
• En la mayoría de sistemas operativos, el intérprete de
órdenes es un programa que se ejecuta como un proceso
de usuario
usuario.
• Ejemplos: el Shell de Unix y el COMMAND.COM de MSDOS
• Ofrecen dos tipos de órdenes: externas e internas
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
58
29
Arquitectura de Computadores
6.- Programas del sistema
ÖÓrdenes externas
• El intérprete
p
de órdenes crea un p
proceso p
para ejecutar
j
la
orden. De esta forma, la orden es en realidad cualquier
fichero ejecutable.
• Ejemplo: cp f1 f2
ÖÓrdenes internas
• El intérprete de órdenes ejecuta él mismo la orden. Es decir
el código que ejecuta la orden forma parte del propio
intérprete.
• Ejemplo: cd /home
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
59
Contenidos
1.- Concepto de sistema operativo
2.- Evolución de los sistemas operativos
3.- Funciones del sistema operativo
4.- Modelo básico de un sistema
informático
5.- Llamadas al sistema
6.- Programas del sistema
Resumen de conceptos básicos
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
60
30
Arquitectura de Computadores
Resumen conceptos básicos
ÖSistema operativo
Programa que actúa como interfaz entre los usuarios y el
h d
hardware
d
dell computador.
t d
ÖObjetivos:
• Comodidad:
Facilitar el uso de la máquina a los usuarios, proporcionando
un entorno cómodo para el desarrollo y ejecución de
programas y para el acceso a los recursos de la máquina.
• Eficiencia:
f
El sistema operativo debe administrar los recursos
(hardware y sofware) de la máquina de forma que se
aprovechen de la manera más conveniente.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
61
Resumen conceptos básicos
Procesos
de usuario
shell
compilador
Llamadas
al sistema
Núcleo
del s.o.
Hardware
copy
• Núcleo del s.o.: Parte residente del s.o., que
se carga al arrancar la máquina y se mantiene
siempre en memoria.
• Procesos
P
de
d usuario:
i Aplicaciones
A li
i
h
hechas
h
por programadores que se ejecutan sobre el
s.o. Piden los servicios del s.o. invocando
“llamadas al sistema”.
• Llamadas al sistema: Interfaz formada por
un conjunto de servicios que el s.o. ofrece a
los procesos de usuario.
• Programas
P
d
dell sistema:
i t
Utilid d d
Utilidades
dell s.o.
que se ejecutan como procesos de usuario
(fuera del núcleo). Ejemplos:
¾ Editores, compiladores, montadores, ...
¾ Programas o ventanas para manipulación de ficheros
y directorios (copy, mkdir, ...)
¾ Programas de acceso a la red
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
62
31
Arquitectura de Computadores
Resumen conceptos básicos
ÖModos de ejecución
• La mayor parte de los procesadores actuales tienen como mínimo dos
modos de funcionamiento o de ejecución:
¾S
¾Supervisor
i
o privilegiado:
i il i d Es
E posible
ibl acceder
d a ttodas
d llas iinstrucciones
t
i
del procesador. Con ello se pueden utilizar todos los recursos, y realizar
acciones tales como programar los controladores de dispositivo, atender
interrupciones, programar la unidad de gestión de memoria (MMU), etc.
¾Usuario: En este modo no se pueden utilizar las instrucciones del
procesador relacionadas con la E/S, la gestión del modo de ejecución, la
gestión de la memoria y otras. Estas instrucciones se catalogan como
privilegiadas.
• En modo supervisor únicamente se ejecuta el sistema operativo. Por tanto
es el único programa que tiene control y acceso a todos los recursos.
• En modo usuario se ejecutan los demás programas. Para utilizar los
recursos no accesibles en modo usuario (aquellos que requieran
instrucciones privilegiadas), se tienen que realizar llamadas al sistema.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
63
7.- Concepto de proceso
5.- Llamadas al sistema
6.- Programas del sistema
7.- Concepto de proceso
8.- Conceptos de planificación.
9.- Criterios de planificación.
10 - Algoritmos de planificación.
10.
planificación
11.- Evaluación de Algoritmos.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
64
32
Arquitectura de Computadores
7.- Concepto de proceso
ÖConcepto de proceso:
Existen diferentes visiones complementarias del
concepto de proceso:
• Programa en ejecución.
• Unidad de asignación de recursos.
• Proceso como procesador virtual.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
65
7.- Concepto de proceso
ÖProceso como programa en ejecución:
• Programa: Lista de instrucciones. Ente pasivo.
• Proceso: Programa en ejecución. Ente activo.
Compilación
programa
fuente
Enlace
programa
objeto
Biblioteca de
módulos
objeto
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
programa
ejecutable
Proceso
programa
ejecutable
66
33
Arquitectura de Computadores
7.- Concepto de proceso
ÖProceso como unidad de asignación de recursos:
• Para ejecutar un programa se necesita un entorno formado
por una serie
i d
de recursos: memoria,
i d
descriptores
i t
d
de
ficheros y otros atributos del proceso.
• Un proceso se puede considerar como la unidad de
propiedad de todos esos recursos.
Tiempo
de CPU
P1
Memoria
Tabla de
descriptores
ficheros
Otros
atributos
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
67
7.- Concepto de proceso
ÖProceso como procesador virtual:
• Proceso: cada una de las actividades paralelas que se ejecutan en
la máquina.
máquina
• El sistema operativo simula la existencia de n procesadores
virtuales (procesos) a partir de una CPU o procesador físico.
Proceso 1
Proceso 2
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
Proceso n
68
34
Arquitectura de Computadores
7.- Concepto de proceso
ÖEjecución secuencial y ejecución concurrente.
• Ejecución secuencial: La ejecución de un proceso se
dice que es secuencial porque sus operaciones son
ejecutadas por la CPU una tras otra, en el orden que dicte
el programa.
• Ejecución concurrente: La ejecución de dos procesos
se dice que es concurrente porque estos se pueden
ejecutar en paralelo.
¾Concurrencia real: Si cada proceso se ejecuta sobre una
CPU.
¾Concurrencia virtual: La CPU reparte su tiempo entre los
procesos para simular su ejecución paralela.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
69
7.- Concepto de proceso
ÖEstructura de un proceso
Proceso P0
CPU
E/S
CPU
E/S
CPU
Multiprogramación: Se intercalan ráfagas de CPU con ráfagas
de E/S
Proceso P0
CPU
E/S
CPU
E/S
CPU
Proceso P1
CPU
E/S
CPU
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
E/S
CPU
70
35
Arquitectura de Computadores
7.- Concepto de proceso
ÖEstados de un proceso
Al ejecutar un proceso éste va cambiando de estado. El estado
de un proceso se define
f
como el comportamiento que presenta
en un instante dado:
• Activo: El proceso se puede ejecutar. No hay impedimentos en
asignarle alguna CPU.
¾Ejecución: El proceso tiene asignada una CPU, las instrucciones se
están ejecutando.
¾Preparado: El proceso puede ser ejecutado pero está esperando que
se le asigne una CPU libre
libre. Puede haber varios procesos en este
estado.
• Suspendido: No puede ser ejecutado porque el proceso se
encuentra esperando un evento como:
¾ la finalización de una operación de E/S (una lectura de teclado)
¾ la comunicación con otro proceso, etc.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
71
Diagrama de estados y transiciones
Proceso terminado
por otro proceso
ACTIVO
Admitido
Terminación
Elegido Planificador
NUEVO
TERMINADO
EN
EJECUCIÓN
PREPARADO
Expulsión
Esperar E/S
o evento
Fin E/S
o
llegada evento
SUSPENDIDO
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
Proceso terminado
por otro proceso
72
36
Arquitectura de Computadores
7.- Concepto de proceso
ÖOperaciones sobre procesos (1)
• Creación: Supone asignar todos los recursos que el proceso
para su ejecución,
j
, como p
p.e. memoria.
necesita p
¾Ejemplo en UNIX: fork(). La utiliza el proceso init para crear un
proceso que gestione cada terminal y el shell cada vez que recibe
una nueva orden del usuario (si ésta es externa).
• Terminación: Supone liberar los recursos previamente
asignados al proceso. Esta terminación puede ser:
¾Terminación normal: El proceso invoca su propia terminación.
Ejemplo en UNIX: exit()
¾Terminación anormal: El proceso termina por iniciativa del
sistema operativo al detectar alguna condición de error (violación
de límites, errores aritméticos) o por iniciativa de algún otro
proceso.
Ejemplo en UNIX: kill() y señales.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
73
7.- Concepto de proceso
ÖOperaciones sobre procesos (2):
• Suspensión: Supone pasar un proceso al estado
suspendido para que espere un evento o E/S
E/S.
¾Ejemplo en UNIX: read() sobre un tubo vacío.
• Activación: Pasar un proceso al estado activo cuando se
produce el evento que esperaba.
¾Ejemplo en UNIX: un proceso efectúa un write() sobre un tubo
en el que había un lector esperando. El lector se reactiva.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
74
37
Arquitectura de Computadores
8.- Concepto de planificación
5.- Llamadas al sistema
6.- Programas del sistema
7.- Concepto de proceso
8.- Concepto de planificación.
9.- Criterios de planificación.
10 - Algoritmos de planificación.
10.
planificación
11.- Evaluación de Algoritmos.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
75
8.- Concepto de planificación
ÖRecursos reutilizables en serie
• Escasez de recursos: el número de recursos es
inferior al número de procesos que compiten por ellos.
• Recursos reutilizables en serie: aquellos que sólo
pueden estar asignados a un proceso en un instante de
tiempo dado. Ejemplos: Impresoras, CPU.
• Planificación de recursos: Con recursos reutilizables
en serie el s.o. tiene que aplicar una política para
asignar recursos a los procesos.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
76
38
Arquitectura de Computadores
8.- Concepto de planificación
ÖPlanificador
Elemento del sistema operativo que determina a qué
proceso se le asigna un determinado recurso (p. e.
CPU) en cada instante de tiempo, de acuerdo con
alguna política.
En el caso de que el recurso a asignar sea la CPU se
distinguen entre tres planificadores:
• Planificador a largo plazo.
• Planificador a medio plazo
• Planificador a corto plazo.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
77
Diagrama de colas del sistema
Proceso
nuevo
Planificador a
largo plazo
Expulsión
Planificador a
corto plazo
Cola de procesos
esperando ejecución
Cola de procesos
preparados
Planificador a
medio plazo
Proceso
terminado
CPU
Cola de procesos
parcialmente
ejecutados
E/S
Recursos
Cola de procesos
esperando E/S
…
Colas
Suceso
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
Cola de procesos
esperando suceso
78
39
Arquitectura de Computadores
8.- Concepto de planificación
ÖPlanificador a largo plazo
• En un sistema de procesos por lotes, los procesos recién
incorporados permanecen detenidos en una cola de procesamiento
por lotes, en el disco. El planificador a largo plazo creará procesos a
partir de la cola cuando sea posible (carga en memoria los procesos
de nueva creación)
• Dos son las decisiones que toma el planificador a largo plazo:
¾ Cuando crear un nuevo proceso: controla el grado de multiprogramación.
¾ Cuál va a ser el siguiente proceso a admitir: algoritmo FCFS (first-come firstserved), prioridades, tiempos de ejecución esperados, exigencias E/S.
• Controla
C t l ell grado
d d
de multiprogramación:
lti
ió conjunto
j t d
de procesos que
residen simultáneamente en memoria y se ejecutan concurrentemente.
• Selecciona procesos de la cola de procesos que están esperando ser
ejecutados y los carga en memoria.
• Se ejecuta con poca frecuencia, ya que pueden transcurrir minutos
entre la creación de nuevos procesos en el sistema.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
79
8.- Concepto de planificación
ÖProcesos orientados a CPU u orientados a E/S
• Un proceso orientado a CPU es aquel que invierte la mayor parte
de su tiempo en efectuar cálculos y genera solicitudes de E/S con
poca frecuencia.
Proceso orientado a CPU
CPU
E/S
CPU
E/S
CPU
• Un proceso orientado a E/S es aquel que emplea más tiempo en
realizar E/S que en efectuar cálculos.
Proceso orientado a E/S
CPU
E/S
CPU
E/S
CPU
El planificador a largo plazo debe seleccionar una mezcla
adecuada de procesos orientados a CPU y orientados a E/S.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
80
40
Arquitectura de Computadores
8.- Concepto de planificación
ÖPlanificador a medio plazo (gestiona el espacio de intercambio)
• Cuando un usuario se conecta al sistema, se genera una solicitud
de crear un proceso
proceso, los usuarios de tiempo compartido no pueden
ser puestos en una cola y esperar a que el sistema pueda
aceptarlos (no planificador a largo).
• En ocasiones es interesante sacar procesos de memoria para
reducir el grado de multiprogramación o para mejorar la mezcla de
procesos (orientados a CPU o E/S).
• Se encarga de controlar qué procesos, de entre todos los iniciados
deben estar en memoria (preparados) y qué otros deben estar en el
espacio de intercambio.
• El planificador a medio plazo se encarga de sacar el proceso y
volverlo a introducir más tarde. El proceso continuará su ejecución
a partir del punto donde se había quedado.
• A este esquema comúnmente se le denomina “swapping”.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
81
8.- Concepto de planificación
ÖPlanificador a corto plazo
• Selecciona un proceso de la cola de procesos preparados
para ejecución
j
ió y lle asigna
i
lla CPU
CPU.
• Se ejecuta con mucha frecuencia. El proceso seleccionado
quizás se ejecute únicamente durante unos milisegundos
antes de iniciar una solicitud de E/S.
• Se ejecuta cuando ocurre un evento que conduce a la
interrupción del proceso actual, expulsando el proceso a
favor de otro.
otro Ejemplos de eventos:
¾Interrupciones de reloj.
¾Interrupciones de E/S.
¾Llamadas al sistema operativo.
¾Señales.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
82
41
Arquitectura de Computadores
9.- Criterios de planificación
8 Conceptos de planificación
8.planificación.
9.- Criterios de planificación.
10.- Algoritmos de planificación.
11.- Evaluación de Algoritmos.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
83
9.- Criterios de planificación
ÖCriterios de planificación
Algunos de los criterios y características que un planificador debe
conseguir son:
• Utilización: Los recursos se han de mantener tan ocupados como sea
posible.
¾Tiempo_recurso_ocupado / Tiempo_total
• Rendimiento: Maximizar el número de tareas procesadas por unidad
de tiempo.
¾Número_de_trabajos_terminados / Tiempo_total
• Tiempo de retorno: Tiempo que tarda en ejecutarse un proceso.
¾Tiempo de salida - Tiempo de entrada = ∑ TCPU + ∑ TE/S + ∑ TColas
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
84
42
Arquitectura de Computadores
9.- Criterios de planificación
ÖCriterios de planificación (2):
• Tiempo de espera:
¾Tiempo que un proceso está en la cola de procesos
preparados.
• Tiempo de respuesta:
¾Tiempo que transcurre desde que se presenta una solicitud
hasta que el sistema comienza a contestar (en procesos
interactivos).
• Equidad:
qu dad
¾Garantizar que cada proceso obtiene la proporción justa de
CPU. Es decir, que los procesos sean tratados de manera
igualitaria. El extremo opuesto a equidad sería inanición.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
85
9.- Criterios de planificación
ÖOptimización de los criterios de planificación.
No se pueden optimizar todos los criterios a la vez porque
algunos
g
de ellos son contrapuestos.
p
Cada tipo
p de sistema
tiene sus prioridades:
• Sistema por lotes: Maximizar utilización y rendimiento y
minimizar el tiempo de retorno y de espera.
• Sistemas interactivos: Proporcionar equidad y hacer el
tiempo de respuesta razonable y predecible.
ÖLa multiprogramación en sí misma supone una mejora de
muchos de los criterios anteriores respecto a la ejecución
secuencial.
ÖLos algoritmos de planificación también tienen como objetivo
mejorar algunos de los criterios mencionados.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
86
43
Arquitectura de Computadores
9.- Criterios de planificación
Utilización CPU = 6/10 = 60
Productividad = 2 trabajos/10
= 0.2
Tiempo de retorno = (5+10)/2
= 7.5
SIN MULTIPROGRAMACIÓN
Proceso P0
CPU
Proceso P1
E/S
CPU
E/S
CPU CPU
E/S
CPU E/S
CPU
CON MULTIPROGRAMACIÓN
Utilización CPU = 100%
Productividad = 2 trabajos /6
=0
0.33
33
Tiempo de retorno = (5 + 6)/2
= 5.5
Este representa un caso
Proceso P1 extremo. En el caso de TCPU
<< TE/S la utilización de la
CPU sería < 100%
CPU
Se intercalan ráfagas de CPU con ráfagas de E/S
Proceso P0
CPU
E/S
CPU
E/S
CPU
CPU
E/S
CPU
E/S
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
87
10.- Algoritmos de planificación
8.-- Conceptos de planificación
8
planificación.
9.- Criterios de planificación.
10.- Algoritmos de planificación.
11.- Evaluación de Algoritmos.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
88
44
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
ÖObjetivo
Decidir a cuál de los procesos que están en la cola de
procesos listos se le asignará la CPU.
ÖClasificación de algoritmos de planificación:
• Por orden de llegada (FCFS).
• Circular (RR, round-robin)
• Por prioridades
¾Sin expulsión
p
((“Non p
preemptive”)
p
) / Con expulsión
p
(“Preemptive”)
¾Estáticos / Dinámicos
• Combinación de algoritmos: Clases de prioridades.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
89
10.- Algoritmos de planificación
ÖServicio por orden de llegada (FCFS : “first-come, first-served”)
La CPU es asignada a todos los procesos en el mismo orden que
lo solicitan.
Proceso
T llegada
T.
T CPU
T.
P1
P2
P3
0
0
0
24
3
3
Caso 1) Orden de llegada
P1, P2, P3
T. de espera medio:
(0 + 24 + 27) / 3 = 17
P1
24
0
Caso 2) Orden de llegada
P2, P3, P1
T. de espera medio:
(6 + 0 + 3) / 3 = 3
P2
P2
0
P3
3
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
P3
27
30
P1
6
30
90
45
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
ÖServicio por orden de llegada (FCFS : “first-come, first-served”)
ÖPropiedades
•Sin
Sin expulsión: Cuando un proceso tiene asignada la CPU,
CPU la conserva hasta
que desee liberarla, bien sea porque finaliza o por solicitud de una E/S.
ÖVentajas
•Fácil de implementar
ÖInconvenientes
•No optimiza el tiempo de espera: es muy variable en función del orden de
llegada de los procesos y la duración de los intervalos de CPU.
•Efecto convoy: Los trabajos largos retrasan a los cortos (por ejemplo: piense
en un sistema con un único trabajo con largas ráfagas de CPU y muchos
trabajos con ráfagas cortas de CPU).
•No es adecuado para sistemas interactivos: Por ser sin expulsión un trabajo
con una ráfaga de CPU larga puede provocar una espera larga a otros
usuarios.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
91
10.- Algoritmos de planificación
ÖPrioridad al trabajo más breve ( SJF: shortest-jobfirst )
• Se asocia a cada trabajo (proceso) la duración del siguiente
intervalo de CPU que van a necesitar (NO es como una
FIFO).
• Se asigna la CPU al trabajo con menor tiempo asociado.
• Sin expulsión: cuando un proceso tiene asignada la CPU, la
conserva hasta que desee liberarla.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
92
46
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
ÖEjemplo: Prioridad al trabajo más breve (SJF).
SJF (sin expulsión)
Procesos
P1
P2
P3
P4
Instante de llegada
0
2
4
5
Duración
7
4
1
4
•Media del tiempo de espera: (0 + 6 + 3 + 7) / 4 = 4
P3
P2
P4
P1
7
0
8
12
16
Tiempo de espera medio: (0 + 3 + 6 + 7) / 4 = 4
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
93
10.- Algoritmos de planificación
ÖVariante con expulsión del SJF ( SRTF: Shortest
Remaining Time First )
Prioridad al que le resta menos tiempo (para finalizar)
• La CPU es asignada al proceso que le queda menos tiempo
para acabar la ráfaga de CPU en curso.
• Variante con expulsión de SJF: Si llega un proceso con un
intervalo de CPU inferior al tiempo que le falta al proceso en
ejecución para abandonar la CPU, entonces el nuevo
proceso se hace con la CPU
CPU.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
94
47
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
P ro ceso s
P1
P2
P3
P4
ÖEjemplo del SRTF.
Diagrama de Gantt
P2
P1
0
2
P2
P3
4
5
T . L le g a d a
0
2
4
5
P4
7
D u r a c ió n
7
4
1
4
P1
11
16
Cronograma por procesos
P1
P2
P3
P4
Media del tiempo de espera: (9 + 1 + 0 + 2 ) / 4 = 3
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
95
10.- Algoritmos de planificación
Ö SRTF: Shortest Remaining Time First
ÖVentajas
• SRTF optimiza la media de tiempo de espera.
ÖInconvenientes
• El tiempo del siguiente intervalo de CPU es difícil de
predecir porque no sabemos a priori si nos va a interrumpir
la entrada de un nuevo proceso con intervalo de CPU
menor. Esto lo hace difícil de implementar para un
planificador
l ifi d a corto
t plazo.(En
l
(E llos sistemas
i t
por llotes
t ell
usuario puede aportar información).
• Posibilidad de inanición: los trabajos largos no se ejecutarán
mientras haya trabajos cortos.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
96
48
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación SJF/SRTF
Aunque no se conoce la longitud de la siguiente ráfaga se puede
predecir su valor esperando
p
p
que
q sea de longitud
g
similar a las
anteriores.
ÖEstimación del siguiente intervalo de CPU
Se utiliza la media exponencial:
T n+1 = α tn + (1 - α) Tn
•
•
•
•
tn: tamaño real del n-ésimo intervalo de CPU
Tn: Tamaño estimado del n-ésimo intervalo de CPU.
α : coeficiente exponencial 0 < α < 1
Caso α = 1, los datos históricos son irrelevantes y sólo tiene
importancia la ráfaga más reciente de CPU. T n+1 = tn
• Caso α = 0, la historia reciente no tienen efecto, se supone que las
condiciones actuales son transitorias. T n+1 = Tn
• Es habitual que α = 1/2, por lo que la historia reciente y antigua se
ponderan de igual manera.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
97
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación SJF/SRTF
ÖEstimación del siguiente intervalo de CPU
Desarrollando la fórmula y sustituyendo T n+1 por tn llegamos a:
T n+1 = α tn + (1 - α) α tn-1 + … + (1 - α)j α tn-j + … + (1 - α)n+1 T0
Ejemplo de
promedio
exponencial para
α = 1/2, y T0= 10
12
10
longitud de ráfaga
Puesto que tanto (1 - α) como α
son menores o iguales que 1
cada término sucesivo tiene
menos peso que el anterior.
8
6
4
2
tiempo
Ráfaga de CPU:
Predicción:
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
6
10
4
8
6
6
4
6
13
5
13
9
13
11
98
49
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación por prioridades
• Se asocia a cada proceso un número (entero), llamado
prioridad
i id d d
de acuerdo
d con algún
l ú criterio.
it i
• Se asigna la CPU al trabajo con mayor prioridad
(normalmente, menor número).
• Ejemplo:
¾SJF es un caso particular de prioridades en el que la prioridad
es 1/T.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
99
10.- Algoritmos de planificación
ÖEjemplo:
ÖPlanificación prioridades
Procesos
T. Llegada
Duración
Prioridad
P1
0
7
15
P2
2
4
10
P3
4
1
5
P4
5
4
10
P2
P4
Diagrama de Gantt
P1
0
P3
P2
2
4
5
7
P1
11
16
Cronograma por procesos
P1
P2
P3
P4
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
100
50
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación por Prioridades: Variantes
• Algoritmos con expulsión/sin expulsión.
• Prioridades estáticas/dinámicas
estáticas/dinámicas.
¾Prioridades estáticas: La prioridad se asigna antes de la
ejecución y no cambia.
¾Prioridades dinámicas: La prioridad cambia con el tiempo.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
101
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación por prioridades
ÖProblema de inanición
Un algoritmo de prioridades es inherentemente poco equitativo.
equitativo
El problema extremo es:
• Inanición: Los procesos con baja prioridad no se ejecutan nunca.
ÖSolución:
• Actualización de prioridades: Esquema de prioridades
dinámicas, donde la prioridad de un proceso aumenta con el
tiempo de espera.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
102
51
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación circular ( RR: Round Robin )
• A cada proceso se le asigna una pequeña cantidad de
ti
tiempo
d
de CPU
CPU, llamada
ll
d ““quantum”
t ” de
d ti
tiempo, normalmente
l
t
10-100 mseg.
Si el proceso tiene un intervalo de CPU mayor que el
“quantum”, entonces es expulsado de la CPU y añadido a la
cola de procesos listos.
• Si hay n procesos, cada uno obtiene 1/n del tiempo de la
CPU en intervalos de q unidades,
unidades como máximo (en un
ciclo)
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
103
10.- Algoritmos de planificación
ÖEjemplo:
ÖPlanificación circular
P ro ceso s
P1
P2
P3
Quantum q=4
T . L leg ad a
0
0
0
D u ració n
16
3
11
Diagrama de Gantt
P2
P1
0
4
P3
7
P1
11
P3
15
P1
19
P3
23
P1
26
30
Cronograma por procesos
P1
P2
P3
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
104
52
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación circular
ÖValor del “quantum” de tiempo
• Para q grandes: el algoritmo degenera en un algoritmo
FCFS.
• Para q pequeños: sobrecarga del sistema -> q ha de ser
grande respecto al tiempo necesario para el cambio de
contexto, sino la sobrecarga introducida es muy alta.
Regla práctica: El 80% de los intervalos de CPU han de ser
inferiores al “quantum”
quantum de tiempo
tiempo.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
105
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación circular
ÖPropiedades:
• Equitativo.
• El tiempo de espera máximo está limitado por (n -1) q, antes
de recibir su siguiente cuanto de tiempo (en un ciclo)
• El tiempo de retorno medio varía con el cuanto de tiempo.
• En general es peor que el del algoritmo SRTF. Mejora si un
porcentaje alto de trabajos acaban antes de que acabe el
cuanto de tiempo (de
( ahí la regla práctica anterior))
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
106
53
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación con múltiples colas
Los procesos se pueden clasificar fácilmente en
distintos grupos (interactivos, por lotes, etc.). La cola
de procesos preparados consiste en realidad en
diversas colas
• Cada cola ha de tener su propio algoritmo de planificación.
• Ha de haber un algoritmo de planificación entre colas.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
107
10.- Algoritmos de planificación
ÖEjemplos de algoritmos de
planificación entre colas:
• Prioridades estáticas:
á
Los procesos en cola con
menor prioridad no se
ejecutan mientras haya
procesos en cola con
mayor prioridad.
Posibilidad de inanición.
• Cuotas de tiempo: Cada
cola
l está
tá asignada
i
d a un
porcentaje del tiempo de
CPU. Ejemplo: el 80% a
trabajos interactivos y el
20% a trabajos por lotes.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
Procesos
Sistema
FCFS (prio. 10)
Usuarios
privilegiados
PRIO (prio. 8)
Procesos
Interactivos
RR
(prio. 6)
Procesos
Por Lotes
SJF
(prio
(prio. 4)
Colas de procesos preparados
108
54
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación con múltiples colas realimentadas.
• Existen diferentes colas de procesos preparados.
• Cada cola posee:
¾Política de planificación.
¾Una prioridad asignada.
• Un proceso puede cambiar de cola de acuerdo con un
esquema de actualización de prioridades:
¾Los procesos con un tiempo de espera acumulado elevado son
promocionados
i
d a una cola
l con prioridad
i id d superior.
i
¾Los procesos con un tiempo de utilización de la CPU elevado
son degradados a una cola con prioridad inferior.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
109
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación con múltiples colas realimentadas.
ÖEjemplo
RR [q=8] (prio. 10)
RR [q=16] (prio. 8)
FCFS
(prio. 6)
Colas de procesos preparados
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
110
55
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
ÖMúltiples colas realimentadas
ÖParámetros de las colas realimentadas:
• Número de colas.
• Prioridad de cada cola.
• Método de promoción de un proceso.
• Método de degradación de un proceso.
• Método para determinar la cola de entrada de un proceso.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
111
10.- Algoritmos de planificación
ÖUn ejemplo: Planificación de hilos
• Round Robin (RR)
cuanto = 2
I/O
t10
ÖAlgoritmo del sistema
operativo
P1
t11
t12
0
ÖAlgoritmo biblioteca threads
• Turno de llegada (FCFS)
P2
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
2
3
t20
0
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
1
5
112
56
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
t10
t11
t12
ÖUn ejemplo: Planificación de hilos
t20
P1
t10
t11
t12
P2
P1
t20
t10
t11
t12
P2
t20
P1
P2
Núcleo
_
Núcleo
tn1
tn2
tn3
_
tn4
Núcleo
_
tn1
Threads a nivel
tn2
tn1 tn3
Threads de usuario
de núcleo
tn2
Threads híbridos
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
113
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación de hilos a nivel de núcleo (se trata
cada thread como si fuera un usuario diferente)
t10
t11
t12
t20
t10 t11
t20
Usuario
0
1
3
4
6
7
8
11
Núcleo
tn1
tn2
tn3
tn4
tn1 tn2
tn4
t10
I/O
t10
P1
t11
t12
P1
t20
P2
t11
t12
P2
0
1
2
3
Núcleo
t20
_
0
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
5
tn1
tn2
tn3
tn4
114
57
Arquitectura de Computadores
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación de hilos a nivel de usuario (los
threads de un mismo usuario van a la misma cola)
Usuario
t10
0
t20
1
t11
3
t20
5
t11 t12 t20 t10
7
8
9
10 11
Núcleo
tn1
tn2
tn1
tn2
tn1
tn2 tn1
t10
t11
t12
I/O
t10
t20
P1
P1
P2
t11
t12
P2
0
1
2
t20
3
Núcleo
_
0
5
tn1
tn2
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
115
10.- Algoritmos de planificación
ÖPlanificación de hilos en la aproximación híbrida
t10
t20
t11
t12 t10
t20
t11 t20
Usuario
0
1
3
5
7
8
9
10 11
Núcleo
tn1
tn3
tn1
tn2
tn3
tn2
t10
t11
t12
I/O
t10
P1
tn2
P1
t20
P2
t11
t12
P2
0
1
2
Núcleo
t20
3
_
0
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
5
tn1 tn3
tn2
116
58
Arquitectura de Computadores
11.- Evaluación de algoritmos
8.- Conceptos de planificación.
9 Criterios
9.C it i de
d planificación.
l ifi
ió
10.- Algoritmos de planificación.
11.- Evaluación de Algoritmos.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
117
11.- Evaluación de algoritmos
Es necesario evaluar para cada sistema cual es el
algoritmo de planificación más adecuado.
ÖProcesos en la selección de un algoritmo:
• (1) Selección de criterios (utilización CPU, t. respuesta,
etc.).
• (2) Estudiar la adaptación de cada algoritmo a esos criterios.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
118
59
Arquitectura de Computadores
11.- Evaluación de algoritmos
ÖExisten diferentes métodos para llevar a cabo dicha evaluación:
• Evaluación analítica: Dada la carga de trabajos producir una
fórmula matemática del rendimiento para cada algoritmo de
planificación.
¾Modelo determinista: Evaluar el rendimiento para cada caso
particular de carga.
¾Modelos de colas: Caracterizar la carga con una distribución
estadística (distribución exponencial).
– Caracterizar la tasa de llegada de trabajos.
– Caracterizar el tiempo de servicio de un recurso.
– Hacer análisis estadístico de las redes de colas.
Ejemplo: Fórmula de Little n = λ * E
n: tamaño medio de la cola, λ tasa media de llegada, E: tiempo
medio de espera en la cola.
• Simulaciones: Hacer un modelo, programarlo y ejecutarlo.
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
119
Resumen
ÖEl S.O. Puede verse como un programa que atiende y
sirve los eventos producidos por los procesos y los
dispositi os
dispositivos.
ÖCuando se da alguno de estos eventos cambia el estado
de alguno de los procesos existentes en el sistema o el
propio estado del sistema operativo.
Ö¿ Qué podemos considerar un evento de este tipo ?
• Una llamada al sistema.
• Una interrupción de un dispositivo de E/S.
• Una interrupción de reloj.
• Una excepción provocada por el código de un proceso
(Instrucciones ilegales, acceso a memoria no asignada,
divisiones por cero, ...).
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
120
60
Arquitectura de Computadores
Flujo de Control del S.O.
Interrupción de
periférico
Reloj
Excepción del
Procesador
Llamada al
Sistema
Activación del
Sistema Operativo
Guardar el contexto del proceso en ejecución en su PCB
Anotar el
avance del
tiempo
Si tiempo límite
excedido:
Proceso en
ejecución
a preparado
Pasar a preparado
al proceso
que esperaba el
fin de la E/S
Finalizar el
proceso en
ejecución
Pasar a
suspendido al
proceso en
ejecución
Crear hijo.
Hijo a
preparado
Resolver la
llamada al
sistema
Planificador:
selección del próximo
proceso
Restaurar el contexto del proceso seleccionado
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
121
Anexo I: Interrupción Hw
ÖEjemplo de Interrupción Hw programada por el puerto
paralelo
//********************************************************************************
//
//** EJEMPLO DE INTERRUPCIONES HW POR PUERTO PARALELO
//********************************************************************************
#include <stdio.h>
#include <dos.h>
#define DATA 0x0378
#define STATUS DATA+1
#define CONTROL DATA+2
#define PIC1 0x21
#define TRUE 1
#define FALSE 0
void open_intserv(void);
void close_intserv(void);
void interrupt far intserv(void);
int intlev=0x0f;
void interrupt far (*oldfunc)();
int int_occurred=FALSE;
//irq 7
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
122
61
Arquitectura de Computadores
Anexo I: Interrupción Hw
void main(void)
{
clrscr();
outportb(DATA,0xff);
p _intserv();
();
open
printf("\n CONFIGURACIÓ HARDWARE");
printf("\n =====================");
printf("\n Control Paralel= %x",inportb(CONTROL));
printf("\n Estat Paralel= %x",inportb(STATUS));
printf("\n Estat PIC1= %x",inportb(PIC1));
getch(); clrscr();
printf("\n Iniciem programa Interrupcions port paralel:");
while(!kbhit())
{
if(int_occurred)
{
printf("\n INTERRUPCIà generada");
int_occurred=FALSE;
}
}
close_intserv();
}
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
123
Anexo I: Interrupción Hw
void interrupt far intserv(void)
{
disable();
int_occurred=TRUE;
p
(
, 0x20);
);
outportb(0x20,
enable();
}
void open_intserv(void)
{
disable();
oldfunc=getvect(intlev);
setvect(intlev, intserv);
outportb(PIC1,(inportb(0x21) & ~0x80));
outportb(CONTROL, inportb(CONTROL) | 0x10);
//Envía EOI al PIC1
//Habilito la IRQ7 en el PIC1
//Habilita IRQ a trav‚s de ACK
// Cuando ~ACK, se genera IRQ
enable();
}
void close_intserv(void)
{
disable();
setvect(intlev, oldfunc);
outportb(PIC1, (inportb(PIC1) | 0x80));
outportb(CONTROL, inportb(CONTROL) & ~0x10);
enable();
}
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
//Inhabilito la IRQ7
//inabilita IRQ a través de ACK
124
62
Arquitectura de Computadores
Anexo I: Interrupción Hw
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
125
Anexo II: Mac OS X
Ö Ejemplo del SO de Mac: Mac OS X Snow Leopard
Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos
Tema 1: Introducción a los Sistemas Operativos
126
63
Mac OS X
Apple Inc.
lunes 28 de septiembre de 2009
Historia
• En 1971 Steve Wozniak y Steve Jobs fundan
Apple
• En 1976 crean el primer ordenador
personal que combina un teclado con un
microprocesador y una conexión a un
monitor. El Apple I.
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple I
• Se vendía por $666,66 se fabricaron 200
unidades
• CPU: MOS Technology 6502 a
aproximadamente 1 MHz
• RAM: 4KB standard. Extensible hasta 8KB
• ROM: 256 Bytes
• Gráficos: 40x24 caracteres
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple I: Placa base
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple II
• Primer modelo en producción masiva entre
finales de los 70 y mediados de los 80
• CPU: 6502 de MOS Technology a 1 MHz
• 4 Kilobytes de RAM
• 12 KB de ROM
• Interfaz de grabadores de cassettes
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple II
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple III
• Se pone a la venta en mayo de 1980
• CPU: !P de 8 bits Synertek 6502A a 2MHz
• 128 Kilobytes de RAM
• Disquetera interna para discos de 5,25
• 4 ranuras internas de ampliación y dos
puertos serie en la parte posterior
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple III
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple Lisa
• Introducido en enero de 1983 es el primer
ordenador con interfaz gráfica y con ratón.
• Se vendió a $9,995
• CPU Motorola 68000 a 5Mhz
• 1MB de memoria RAM
• 2 unidades de disquete de 5,25
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple Lisa
lunes 28 de septiembre de 2009
• Apple Lisa resultó un fracaso comercial,
aunque la historia lo considera como el
primer ordenador personal.
• Al mismo tiempo que se desarrollaba el
Apple Lisa se trabajó en un nuevo modelo,
el Apple Macintosh.
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple Macintosh
• Se empezó a vender en 1984
• Fue el primer ordenador personal
comercializado exitosamente que usaba
interfaz gráfica de usuario (GUI)
• A partir de este modelo se empezó a
desarrollar el Sistema Operativo tal y como
lo conocemos en la actualidad
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple Macintosh
lunes 28 de septiembre de 2009
Apple System
• Se desarrollaron hasta 7 versiones distintas
del Apple System para las máquinas Apple
• Todos tenían GUI (interfaz gráfica de
usuario)
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
Tiempos de crisis
• Después de la comercialización del Apple
Macintosh y del Apple Lisa, Apple Inc. tuvo
muchos problemas económicos
• Steve Jobs (fundador) fue despedido de su
propia empresa
• Steve Wozniak (co-fundador) abandonó la
empresa después de salir ileso de un
accidente de avión
lunes 28 de septiembre de 2009
• Después de su salida de Apple, Steve Jobs
fundó NeXT Computer Inc.
• NeXT se convirtió en una empresa muy
conocida por sus avanzados ordenadores y
por sus plataformas de desarrollo
orientadas a objetos
• A principios de 1997 Steve Jobs vuelve a
Apple absorbiendo a NeXT
• De esta unión nace el que hoy conocemos
como Mac OS
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS 8
• Liberado el 26 de julio de 1997
• Se mejora enormemente la calidad gráfica,
se introduce el color
• Se implementa el multi-hilo que lo
convierte en un sistema multitarea
• Se introduce un nuevo sistema de ficheros,
HFS Plus (Hierachical File System)
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS 9
• Liberado el 23 de octubre de 1999
• Se implementan mejoras en el plano de
red, incluyendo soporte para redes wi-fi
• Se introduce el concepto de soporte multiusuario (aún no era un sistema
propiamente multi-usuario)
• Se mejora el motor de búsqueda interno
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS X
• Lanzado el 24 de mayo de 2001
• Es un sistema operativo completamente
reescrito
• Se busca mucha más estabilidad y crear un
sistema robusto (seguro)
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS X
• SO basado en UNIX que se construye con
la tecnología desarrollada en NeXT
• Sistema multi-tarea y multi-usuario
• Combina la potencia del núcleo UNIX y un
entorno gráfico cuidado y atractivo
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS X
• Todas las API de Mac OS Classic fueron
portadas a librerías UNIX. Esto permitió
portar aplicaciones sin tener que reescribir el código entero.
•
Escrito para arquitectura PowerPC (chips
IBM). En 2005 empiezan a migrar todos los
equipos a Intel (x86)
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS X: Benchmarks
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS X Snow Leopard
Tecnología de 64 bits
Grand Central Dispatch
OpenCL (Open
Computing Languge)
lunes 28 de septiembre de 2009
Tecnología de 64 bits
•
•
•
•
Más rápido
Grand Central Dispatch
•
Optimiza la utilización de todos los
núcleos asignando tareas
independientes
•
Proporciona potentes APIs de
programación multinúccleo
Más seguro
Compatible con 32 bits
Ampliación de memoria hasta
16.000 millones de gigabytes
OpenCL (Open
Computing Languge)
•
Se adapta automáticamente a la
potencia de procesamiento
disponible en cada uno de los
procesadores gráficos
•
Lenguaje abierto y familiar para los
programadores
lunes 28 de septiembre de 2009
Mac OS X Snow Leopard
Office en el Mac
Copias de seguridad
automatizadas
Compatible con todos
los estándares de la
industria
Posibilidad de ejecutar
Windows de forma nativa
lunes 28 de septiembre de 2009