UNIDAD 1 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS OPERATIVOS

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  Evolución Histórica Para tratar de comprender los requisitos de un Sistema Operativo y el significado de las principales caracteristicas de un Sistema Operativo contemporaneo, es util considerar como han ido evolucionando estos con el tiempo. Existen diferentes enfoques o versiones de como han ido evolucionando los Sistemas Operativos     La primera de estas versiones podria ser esta:  En los 40's, se introducen los programas bit a bit, por medio de interruptores mecanicos y despues se introdujo el lenguaje maquina que trabajaba por tarjetas perforadas.      Con las primeras computadoras, desde finales de los años 40 hasta la mitad de los años 50, el programador interactuaba de manera directa con el hardware de la computadora, no existia realmente un Sistema Operativo; las primeras computadoras utilizaban bulbos, la entrada de datos y los programas se realizaban a traves del lenguaje maquina (bits) o a traves de interruptores. Durante los años 50's y 60's.- A principio de los 50's, la compania General's Motors implanto el primer sistema operativo para su IBM 170. Empiezan a surgir las tarjetas perforadas las cuales permiten que los usuarios (que en ese tiempo eran programadores, disenadores, capturistas, etc.), se encarguen de modificar sus programas. Establecian o apartaban tiempo, metian o introducian sus programas, corregian y depuraban sus programas en su tiempo. A esto se le llamaba trabajo en serie. Todo esto se traducia en perdida de tiempo y tiempos de programas excesivos. En los años 60's y 70's se genera el circuito integrado, se organizan los trabajos y se generan los procesos Batch (por lotes), lo cual consiste en determinar los trabajos comunes y realizarlos todos juntos de una sola vez. En esta epoca surgen las unidades de cinta y el cargador de programas, el cual se considera como el primer tipo de Sistema Operativo. En los 80's, inicio el auge de la INTERNET en los Estados Unidos de America. A finales de los años 80's comienza el gran auge y evolucion de los Sistemas Operativos. Se descubre el concepto de multiprogramacion que consiste en tener cargados en memoria a varios trabajos al mismo tiempo, tema principal de los Sistemas Operativos actuales. Los 90's y el futuro, entramos a la era de la computacion distribuida y del multiprocesamiento a traves de multiples redes de computadoras, aprovechando el ciclo del procesador. Se tendra una configuracion dinamica con un reconocimiento inmediato de dispositivos y software que se anada o elimine de las redes a traves de procesos de registro y localizadores. La conectividad se facilita gracias a estandares y protocolos de sistemas abiertos por organizaciones como la Organizacion Internacional de normas, fundacion de software abierto, todo estara mas controlado por los protocolos de comunicacion OSI y por la red de servicios digital ISDN.      Se ha desarrollado otra version, la cual se ha hecho en base a etapas o generaciones:      1a. Etapa (1945-1955): Bulbos y conexiones.  Despues de los infructuosos esfuerzos de Babbage, hubo poco progreso en la construccion de las computadoras digitales, hasta la Segunda Guerra Mundial. A mitad de la decada de los 40's, Howard Aiken (Harvard), John Von Newman (Instituto de Estudios Avanzados, Princeton), J. Prespe R. Eckert y Williams Mauchley (Universidad de Pennsylvania), asi como Conrad Zuse (Alemania), entre otros lograron construir maquinas de calculo mediante bulbos. Estas maquinas eran enormes y llenaban cuartos completos con decenas de miles de bulbos, pero eran mucho mas lentas que la computadora casera mas economica en nuestros dias.  Toda la programacion se llevaba a cabo en lenguaje de maquina absoluto y con frecuencia se utilizaban conexiones para controlar las funciones basicas de la maquina. Los lenguajes de programacion eran desconocidos (incluso el lenguaje ensamblador). No se oia de los Sistemas Operativos el modo usual de operacion consistia en que el programador reservaba cierto periodo en una hoja de reservacion pegada a la pared, iba al cuarto de la maquina, insertaba su conexion a la computadora y pasaba unas horas esperando que ninguno de los 20,000 o mas bulbos se quemara durante la ejecucion. La inmensa mayoria de los problemas eran calculos numericos directos, por ejemplo, el calculo de valores para tablas de senos y cosenos.  A principio de la decada de los 50's la rutina mejoro un poco con la introduccion de las tarjetas perforadas. Fue entonces posible escribir los programas y leerlas en vez de insertar conexiones, por lo demas el proceso era el mismo.      2a. Etapa. (1955-1965): Transistores y Sistemas de Procesamiento por lotes. La introduccion del transistor a mediados de los años 50's modifico en forma radical el panorama. Las computadoras se volvieron confiables de forma que podian fabricarse y venderse a clientes, con la esperanza de que ellas continuaran funcionando lo suficiente como para realizar un trabajo en forma.  Dado el alto costo del equipo, no debe sorprender el hecho de que las personas buscaron en forma por demas rapidas vias para reducir el tiempo invertido. La solucion que, por lo general se adopto, fue la del sistema de procesamiento por lotes.      3ra Etapa (1965-1980): Circuitos integrados y multiprogramacion. La 360 de IBM fue la primera linea principal de computadoras que utilizo los circuitos integrados, lo que proporciono una gran ventaja en el precio y desempeno con respecto a las maquinas de la segunda generacion, construidas a partir de transistores individuales. Se trabajo con un sistema operativo enorme y extraordinariamente complejo. A pesar de su enorme tamano y sus problemas el sistema operativo de la linea IBM 360 y los sistemas operativos similares de esta generacion producidos por otros fabricantes de computadoras realmente pudieron satisfacer, en forma razonable a la mayoria de sus clientes. Tambien popularizaron varias tecnicas fundamentales, ausentes de los sistemas operativos de la segunda generacion, de las cuales la mas importante era la de multiprogramacion. Otra caracteristica era la capacidad de leer trabajos de las tarjetas al disco, tan pronto como llegara al cuarto de computo. Asi, siempre que concluyera un trabajo el sistema operativo podia cargar un nuevo trabajo del disco en la particion que quedara desocupada y ejecutarlo.      4ta Etapa (1980-Actualidad): Computadoras personales.  Un interesante desarrollo que comenzo a llevarse a cabo a mediados de la decada de los ochenta ha sido el crecimiento de las redes de computadoras personales, con sistemas operativos de red y sistemas operativos distribuidos.  En los sistemas operativos de red, los usuarios estan conscientes de la existencia de varias computadoras y pueden conectarse con maquinas remotas y copiar archivos de una maquina a otra. Cada maquina ejecuta su propio sistema operativo local y tiene su propio usuario.  Por el contrario, un sistema operativo distribuido es aquel que aparece ante sus usuarios como un sistema tradicional de un solo procesador, aun cuando esta compuesto por varios procesadores. En un sistema distribuido verdadero, los usuarios no deben ser conscientes del lugar donde su programa se ejecute o de lugar donde se encuentren sus archivos; eso debe ser manejado en forma automatica y eficaz por el sistema operativo Estructura de los Sistemas Operativos El aspecto externo de los sistemas operativos (es decir, la interfaz con el programador y con el usuario), en este apartado se echará un vistazo al interior del sistema operativo. En las subsecciones siguientes se examinarán algunas de las formas posibles de estructurar el código de un sistema operativo. Los diseños estudiados no son exhaustivos, pero dan una idea de las posibilidades. 1.5.1 Sistemas Monolíticos Este tipo de organización es, con diferencia, la más común. El sistema operativo se escribe como una colección de procedimientos, cada uno de los cuales puede llamar a los demás cada vez que así lo requiera. Cuando se usa esta técnica, cada procedimiento del sistema tiene una interfaz bien definida en términos de parámetros y resultados, y cada uno de ellos es libre de llamar a cualquier otro, si éste último proporciona un cálculo útil para el primero. Para construir el programa objeto real del sistema operativo siguiendo este punto de vista, se compilan de forma individual los procedimientos, o los ficheros que contienen los procedimientos, y después se enlazan en un sólo fichero objeto con el enlazador. En términos de ocultación de la información, ésta es prácticamente nula: cada procedimiento es visible a los demás (en contraste con una estructura con módulos o paquetes, en la que la mayoría de la información es local a un módulo, y donde sólo los datos señalados de forma expresa pueden ser llamados desde el exterior del módulo). Los servicios (mediante llamadas al sistema) que proporciona el sistema operativo se solicitan colocando los parámetros en lugares bien definidos, como los registros o la pila, para después ejecutar una instrucción especial de trampa, a veces referida como llamada al núcleo o llamada al supervisor. Esta instrucción cambia la máquina del modo usuario al modo núcleo (también conocido como modo supervisor), y transfiere el control al sistema operativo, lo que se muestra en el evento (1) de la figura. El sistema operativo examina entonces los parámetros de la llamada para determinar cual de ellas se desea realizar, como se muestra en (2) de la figura 5.1. A continuación, el sistema operativo analiza una tabla que contiene en la entrada k un apuntador al procedimiento que implementa la k-ésima llamada al sistema. Esta operación, que se muestra en (3) de la figura 5.1, identifica el procedimiento de servicio, al cual se llama. Por último, la llamada al sistema termina y el control vuelve al programa del usuario. Esta organización sugiere una estructura básica del sistema operativo:  Un programa principal que llama al procedimiento del servicio solicitado.  Un conjunto de procedimientos de servicio que lleva a cabo las llamadas al sistema.  Un conjunto de procedimientos de utilidades que ayudan a los procedimientos de servicio. En este modelo, para cada llamada al sistema existe un procedimiento de servicio que se encarga de ella. Los procedimientos de utilidad hacen cosas necesarias para varios procedimientos de servicio, como por ejemplo, buscar los datos del programa del usuario. Esta división de los procedimientos en tres capas se muestra en la figura. 1.5.2 Modelo Cliente Servidor Una tendencia de los sistema operativos modernos es la de trasladar el código a capas superiores, y eliminar la mayor parte posible del sistema operativo para mantener un núcleo mínimo. El punto de vista usual es el implantar la mayoría de las funciones del sistema operativo como procesos de usuario. Para solicitar un servicio, como la lectura de un bloque de cierto fichero, un proceso de usuario (denominado en este caso proceso cliente) envía la solicitud a un proceso servidor, que realiza el trabajo y devuelve la respuesta. En este modelo, que se muestra en la figura 5.3, lo único que hace el núcleo es controlar la comunicación entre los clientes y los servidores. Al separar el sistema operativo en partes, cada una de ellas controla una faceta del sistema, como el servicio a ficheros, servicio a procesos, servicio a terminales o servicio a la memoria; cada parte es pequeña y controlable. Además, puesto que todos los servidores se ejecutan como procesos en modo usuario, y no en modo núcleo, no tienen acceso directo al hardware. En consecuencia, si hay un error en el servidor de ficheros éste puede fallar, pero esto no afectará en general a toda la máquina. Otra de las ventajas del modelo cliente-servidor es su capacidad de adaptación para su uso en sistemas distribuidos (véase la figura 5.4). Si un cliente se comunica con un servidor mediante mensajes, el cliente no necesita saber si el mensaje se gestiona de forma local, en su máquina, o si se envía por medio de una red a un servidor en una máquina remota. En lo que respecta al cliente, lo mismo ocurre en ambos casos: se envió una solicitud y se recibió una respuesta. La idea anterior de un núcleo que sólo controla el transporte de mensajes de clientes a servidores, y viceversa, no es totalmente real. Algunas funciones del sistema operativo (como la introducción de órdenes en los registros físicos de los controladores de E/S) son difíciles, si no es que imposible de realizar, a partir de programas de usuario. Existen dos formas de afrontar este problema. Una es hacer que algunos procesos de servidores críticos (por ejemplo, los gestores de los dispositivos de E/S) se ejecuten en realidad en modo núcleo, con acceso total al hardware, pero de forma que se comuniquen con los demás procesos mediante el mecanismo normal de mensajes. La otra forma es construir una cantidad mínima de mecanismos dentro del núcleo, pero manteniendo las decisiones de política relativos a los usuarios dentro del espacio de los usuarios. Por ejemplo, el núcleo podría reconocer que cierto mensaje enviado a una dirección especial indica que se tome el contenido de ese mensaje y se cargue en los registros del controlador de algún disco, para iniciar la lectura del disco. En este ejemplo, el núcleo ni siquiera inspeccionaría los bytes del mensaje para ver si son válidos o tienen algún sentido; sólo los copiaría ciegamente en los registros del controlador del disco. Es evidente que debe utilizarse cierto esquema para limitar tales mensajes sólo a los procesos autorizados. La separación entre mecanismos y política es un concepto importante, aparece una y otra vez en diversos contextos de los sistemas operativos. .

Un Sistema Operativo (SO) es una colección organizada de rutinas o extensiones de software del hardware. Consiste en rutinas de control que hacen funcionar una computadora y proporcionan un entorno para la ejecución de los programas. Existen otros programas que se apoyan en el SO para poder acceder a los recursos que necesitan.

 Esto se lleva a cabo a través de llamadas sistema operativo. También el SO debe brindar una forma de que el usuario se pueda comunicar con él a través de una interfaz que le brinde una vía de comunicación con el hardware del sistema informático.

El objetivo principal del SO es lograr que el sistema informático es el lograr que el hardware de la computadora se emplee de modo eficiente, y el objetivo secundario se use de manera cómoda.

El SO debe asegurar el correcto funcionamiento del sistema informático. Para lograr esto el hardware debe brindar algún mecanismo apropiado que impida que los usuarios intervengan en el funcionamiento del sistema y así mismo el SO debe poder utilizar este recurso de hardware de modo que esto se cumpla.

El SO debe ofrecer servicios a los programas y sus usuarios para facilitar la tarea de programación.

Las clases de sistemas operativos en la que nos basaremos serán los denominados multiusuarios y de multiprogramación; es decir que varios usuarios podrán correr concurrentemente múltiples programas.

Un SO es una parte importante de casi cualquier sistema informático. Para entender mejor esto veremos que un sistema informático puede separar en cuatro partes:

UNIDAD 2 ADMINISTRACIÓN DE PROCESOS Y PROCESADOR

2.1 CONCEPTO DE PROCESO
Un proceso no es mas que un programa en ejecución, e incluye los valores actuales del contador de programa, los registros y las variables. Conceptualmente cada unos de estos procesos tiene su propia CPU virtual. Desde luego, en la realidad la verdadera CPU conmuta de un proceso a otro.

Un proceso es un concepto manejado por el sistema operativo
que consiste en el conjunto formado por:
Las instrucciones de un programa destinadas a ser ejecutadas por el microprocesador.
Su estado de ejecución en un momento dado, esto es, los valores de los registros de la CPU para dicho programa.
Su memoria de trabajo, es decir, la memoria que ha reservado y sus contenidos.
Otra información que permite al sistema operativo su planificación.

Esta definición varía ligeramente en el caso de sistemas operativos

multihilo, donde un proceso consta de uno o más hilos, la memoria de trabajo (compartida por todos los hilos) y la información de planificación. Cada hilo consta de instrucciones y estado de ejecución.

Los procesos son creados y destruidos por el sistema operativo, así como también este se debe hacer cargo de la

comunicación entre procesos, pero lo hace a petición de otros procesos. El mecanismo por el cual un proceso crea otro proceso se denomina bifurcación (fork). Los nuevos procesos pueden ser independientes y no compartir el espacio de memoria con el proceso que los ha creado o ser creados en el mismo espacio de memoria.

En los sistemas operativos multihilo es posible crear tanto hilos como procesos. La diferencia estriba en que un proceso solamente puede crear hilos para sí mismo y en que dichos hilos comparten toda la memoria reservada para el proceso.


En este modelo: todo software ejecutable de la computadora, lo que a menudo incluye al sistema operativo, esta organizado en una serie del proceso secuenciales, o simplemente procesos.
La idea clava aquí es que un proceso es una actividad de algún tipo: tiene programa, entrada, salida y un estado. Se puede compartir un procesador entre varios procesos, usando algún algoritmo de planificación para determinar cuando debe de trabajar en un proceso para atender a uno distinto.

Jerarquías de procesos

Los sistemas operativos que manejan el concepto de proceso deben contar con algún mecanismo para crear todos los procesos necesarios. en los sistemas muy sencillos, o en los diseñados para ejecutar solo una aplicación.
En otros sistemas operativos existen llamadas al sistema para crear un proceso, cargar su memoria y ponerlo en ejecutar. Sea cual sea la naturaleza exacta de la llamada al sistema. Los procesos necesitan poder crear otros procesos.


En MINIX, los procesos se crean con la llamada al sistema FORK (bifurcar), que crea una copia idéntica del proceso invocador. El proceso hijo también puede ejecutar FORK, así que es posible tener un árbol de proceso

2.2.- ESTADOS Y TRANSICIONES DE LOS PROCESOS.
El principal trabajo del procesador es ejecutar las instrucciones de máquina que se encuentran en memoria principal. Estas instrucciones se encuentran en forma de programas. Para que un programa pueda ser ejecutado, el sistema operativo crea un nuevo proceso, y el procesador ejecuta una tras otra las instrucciones del mismo. En un entorno de multiprogramación, el procesador intercalará la ejecución de instrucciones de varios programas que se encuentran en memoria. El sistema operativo es el responsable de determinar las pautas de intercalado y asignación de recursos a cada proceso.

Aunque cada proceso se una entidad independiente, con su propio contador de programa y estado interno, los procesos a menudo necesitan interactuar con otros procesos. Un proceso podría generar ciertas salidas que otro proceso utilizan como entradas, en el comando de Shell.
Cuando un proceso se bloquea, lo que hace porque le es imposible continuar lógicamente, casi siempre porque esta separando entradas que todavía no están disponibles, también puede ser que un programa que conceptualmente esta listo y en condiciones de ejecutarse sea detenido porque el sistema operativo ha decidido asignar la CPU a otro proceso durante un tiempo. Estas dos condiciones son totalmente distintas, en el primer caso, la suspensión es inherente al problema (no es posible procesar la línea de comandos del usuarios antes de que este la teclee). En el segundo caso, se trata de un tecnicismo del sistema (no hay suficiente: CPU para darle a cada proceso su propio procesador privado).


1.- Ejecutándose (usando realmente la CPU en este instante).

2.- Listo (se puede ejecutar, pero se suspendió temporalmente para dejar que otro proceso se ejecute).

3.- Bloqueo (no puede ejecutarse en tanto no ocurra algún evento externo).


Puede haber cuanto transiciones entre estos tres estados, como se muestra:

La transacción 1 ocurre cuando un proceso descubre que no puede continuar. En algunos sistemas el proceso debe ejecutar una llamada al sistema, block, para pasar al estado bloqueado. En otros sistemas, incluido MINIX, cuando un proceso lee de un conducto o de un archivo especial, (p.ej., una terminal) y no hay entradas disponibles, se bloquea automáticamente.
Las transiciones 2 y 3 son causadas por el planificador de procesos, un parte del sistema operativo , sin que el proceso se entere siquiera de ellas.

La transición 2 ocurre cuando el planificador decide que el proceso en ejecución ya se ejecuto durante suficiente tiempo y es ahora de dejar que otros procesos tengan algo de tiempo de CPU.

La transacción 3 ocurre cuando todos los demás procesos han disfrutado de una porción justa y es hora de que el primer proceso reciba otra vez la CPU para ejecutarse.

La transacción 4 ocurre cuando acontece el suceso externo que un proceso estaba esperando (como la llegada de entrada). Sin ningún otro proceso se esta ejecutando en ese instante, se dispara de inmediato la transacción 3 y el proceso comienza a ejecutarse.

En caso contrario, el proceso tal vez tenga que esperar en el estado listo durante cierto tiempo hasta que la CPU este disponible. Usando el modelo de procesos, es mucho mas fácil visualizar lo que esta sucediendo dentro del sistema

UNIDAD 3 AMINISTRACION DE MEMORIA

3.1 Políticas y Filosofía

Filosofía

La memoria principal puede ser considerada como un arreglo lineal de localidades de almacenamiento de un byte de tamano. Cada localidad de almacenamiento tiene asignada una direccion que la identifica. Una de las funciones basicas que debe implementar un SO es la Administracion de la Memoria para tener un control sobre los lugares donde estan almacenados los datos y procesos que actualmente se estan utilizando. Sea cual sea es esquema de organizacion del almacenamiento que se adopte para un sistema especifico es necesario decidir que estrategias se deben utilizar para obtener un rendimiento optimo.

Políticas

FIFO: Los procesos se despachan de acuerdo a su tiempo de llega a la cola de procesos listos, si un proceso llega al procesador sale hasta que termine. La politica FIFO actualmente no se usa como el esquema principal de un sistema, pero si por ejemplo cuando se usa una politica de prioridades y hay procesos con la misma prioridad, a estos se les podria aplicar FIFO. Round Robin: Los procesos se despachan en la forma que lo hace el FIFO, pero se les asigna una cantidad limitada de tiempo (CUANTUM) en el procesador, si no termina en ese lapso se manda al final de la lista de procesos listos.  SJF (Shortest job first - Prioridad del trabajo mas corto): Se ejecuta primero el proceso en espera que tiene el menor tiempo estimado. SJF favorece a los procesos cortos, ya que los largos podrian llegar a rezagarse mucho tiempo e incluso nunca ejecutarse.  SRT (Sortest remaining time scheduling ? Tiempo restante mas corto. En SJF una vez que un proceso comienza su ejecucion continua hasta terminar. En SRT, un proceso en ejecucion puede ser desposeido por uno nuevo de menor tiempo de ejecucion.  HRN: (highest response ratio next ? Prioridad de la tasa de respuesta mas alta): Politica no apropiativa que corrige el retraso excesivo de procesos grandes que produce el SJF, para asi no caer en un favoritismo excesivo por los procesos cortos, lo logra usando una formula basada en el tiempo de espera y el tiempo de servicio, con lo cual la prioridad de cada trabajo no solo esta en funcion del tiempo de servicio sino tambien del tiempo que ha esperado para ser atendido. 3.2 Memoria Real La memoria real o principal es en donde son ejecutados los programas y procesos de una computadora y es el espacio real que existe en memoria para que se ejecuten los procesos.  Por lo general esta memoria es de mayor costo que la memoria secundaria, pero el acceso a la información contenida en ella es de mas rápido acceso.                  Los términos “memoria” y “almacenamiento” se consideran equivalentes.          Los programas y datos deben estar en el almacenamiento principal para: Poderlos ejecutar. Referenciarlos directamente  Solo la memoria cache es mas rápida que la principal, pero su costo es a su vez mayor. Cuando no existe memoria virtual no hay diferenciación entre el espacio de direcciones y la memoria real; el espacio de direcciones que puede ser usado en los programas tiene idéntico tamaño al espacio de memoria real posible. Si se utiliza memoria virtual, el espacio de direcciones disponibles para los programas es aquel determinado por el tamaño de la memoria virtual implementada y no el espacio de direcciones provisto por la memoria real disponible (el espacio de la memoria virtual sera mayor que el de la memoria real). La organización y administración de la “memoria principal”, “memoria primaria” o “memoria real” de un sistema ha sido y es uno de los factores mas importantes en el diseño de los S. O. (Ver la figura 3.2.1)  Administracion de almacenamiento    ¿Cómo se maneja la administración de almacenamiento?       Para que un sistema informatico sea comodo para los usuarios, el sistema operativo proporciona una ista logica y uniforme del sistema de almacenamiento de la informacion.. El sistema operativo abstrae las propiedades fisicas de los dispositivos de almacenamiento y define una unidad de almacenamiento logico, el archivo. El sistema operativo asigna los archivos a los soportes fisicos y accede a dichos archivos a traves de los dispositivos de almacenamiento. Almacenamiento del sistema de archivos La gestion de archivos es uno de los componentes mas visibles de un sistema operativo. Las computadores pueden almacenar la informacion en diferentes tipos de medios fisicos.Los discos magneticos, discos opticos y cintas magneticas son habituales. .         Cada uno de estos medios tiene sus propias caracteristicas y organizacion fisica.Cada medio se controla mediante un dispositivo, tal como una unidad de disco o una cinta, que tambien tiene sus propias caracteristicas distintivas        Estas propiedades incluyen la velocidad de acceso, la capacidad, la velocidad de transferencia de datos y el metodo de acceso (secuencial o aleatorio).         Un archivo es una coleccion de informacion relacionada definida por su creador. Comunmente, los archivos representan programas(tanto en formato fuente como en objeto) y datos. Los archivos de datos pueden ser numericos, alfabeticos, alfanumericos o binarios. Los archivos pueden tener un formato libre(como, por ejemplo, los archivos de texto) o un formato rigido, como por ejemplo una serie de campos fijos. 3.3 Organizacion de la Memoria Virtual MEMORIA VIRTUAL La memoria virtual es una técnica para proporcionar la simulación de un espacio de memoria mucho mayor que la memoria física de una maquina.Esta ilusión permite que los programas se hagan sin tener en cuenta el tamaño exacto de la memoria física.  La memoria virtual ha llegado a ser un componente esencial de la mayoría de los S.O actuales. Y como en un instante dado, en la memoria solo se tienen unos pocos fragmentos de un proceso dado, se pueden mantener mas procesos en la memoria.Esta tecnología apareció en 1960 en la Universidad de Manchester (Inglaterra), en el sistema “Atlas”.  Los métodos más comunes de implantación son mediante: Técnicas de “paginación”. Técnicas de “segmentación”. Una combinación de ambas técnicas. La evolución en las organizaciones de almacenamiento puede resumirse como sigue: Real: Sistemas dedicados a un solo usuario. Real: Sistemas de multiprogramación en memoria real: Multiprogramación en partición fija: Absoluta. Relocalizable (reubicadle). Multiprogramación en partición variable. Virtual: Multiprogramación en almacenamiento virtual: Paginación pura. Segmentación pura. Combinación paginación / segmentación. Segmentación La segmentación permite al programador contemplar la memoria como si constara de varios espacios de direcciones o segmentos. Los segmentos pueden ser de distintos tamaños, incluso de forma dinámica. Las referencias a la memoria constan de una dirección de la forma (numero de segmento, desplazamiento).  La segmentación permite al programador contemplar la memoria como si constara de varios espacios de direcciones o segmentos. Los segmentos pueden ser de distintos tamaños, incluso de forma dinámica. Las referencias a la memoria constan de una dirección de la forma (numero de segmento, desplazamiento). La segmentación permite al programador contemplar la memoria como si constara de varios espacios de direcciones o segmentos. Los segmentos pueden ser de distintos tamaños, incluso de forma dinámica. Las referencias a la memoria constan de una dirección de la forma (numero de segmento, desplazamiento).  1. Simplifica la gestión de estructuras de datos crecientes. Si el programador no conoce a priori cuan larga puede llegar a ser una estructura de datos determinada, es necesario suponerlo a menos que se permitan tamaños de segmentos dinámicos. Con memoria virtual segmentada, a la estructura de datos se le puede asignar a su propio segmento y el S.O expandirá o reducirá el segmento cuando se necesite. 2. Permite modificar y recopilar los programas independientemente, sin que sea necesario recopilar o volver a montar el conjunto de programas por completo. 3. Se presta a la comparición entre procesos. Un programador puede situar un programa de utilidades o una tabla de datos en un segmento que puede ser referenciado por otros procesos. 4. Se presta a la protección. Puesto que un segmento puede ser construido para albergar un conjunto de procedimientos y datos bien definido, el programador o el administrador del sistema podrán asignar los permisos de acceso de la forma adecuada. En el estudio de la segmentación simple, se llego a la conclusión de que cada proceso tiene su propia tabla de segmento y que, cuando todos los segmentos se encuentran en la memoria principal, la tabla de segmentos del proceso se crea y se carga en la memoria. Cada entrada de la tabla contiene la dirección de comienzo del segmento correspondiente de la memoria principal, así como su longitud. La misma estructura se necesitara al hablar de un esquema de memoria virtual basado en la segmentación donde las entradas de la tabla de segmentos pasan a ser mas complejas.  Otro bit de control necesario en la entrada de la tabla de segmentos es un bit de modificación que indique si el contenido del segmento correspondiente ha sido modificado desde que se cargo por última vez en la memoria principal. Si no ha habido cambios, no será necesario escribir en el disco el segmento cuando llegue el momento de reemplazarlo en el espacio que ocupa actualmente. Otro bit de control necesario en la entrada de la tabla de segmentos es un bit de modificación que indique si el contenido del segmento correspondiente ha sido modificado desde que se cargo por última vez en la memoria principal. Si no ha habido cambios, no será necesario escribir en el disco el segmento cuando llegue el momento de reemplazarlo en el espacio que ocupa actualmente. La memoria virtual también simplifica la carga del programa para su ejecución llamado reubicación, este procedimiento permite que el mismo programa se ejecute en cualquier posición de la memoria física.  Almacenamiento virtual "significa la capacidad de direccional un espacio de almacenamiento mucho mayor que el disponible en el almacenamiento primario de determinado sistema de computación” .  Las direcciones generadas por los programas en su ejecución no son, necesariamente, aquellas contenidas en el almacenamiento primario (memoria real), ya que las direcciones virtuales suelen seleccionarse dentro de un numero mucho mayor de direcciones que las disponibles dentro del almacenamiento primario.  Implicaciones de la memoria virtual  Esta organización ofrece al programador varias ventajas sobre un espacio de direcciones no segmentado: Organización  Puesto que solo algunos de los segmentos de un proceso estarán en la memoria principal, se necesita un bit en cada entrada de la tabla de segmentos para indicar si el segmento correspondiente esta presente en la memoria principal. Si el bit indica que el segmento esta en la memoria, la entrada incluye también la dirección de comienzo y la longitud del segmento. 3.4 Administracion de la Memoria Virtual ADMINISTRACIÓN MEMORIA VIRTUAL La clave del concepto de memoria (almacenamiento) virtual esta en la disociación: De las direcciones a las que hace referencia un programa. De las direcciones disponibles en la memoria real (almacenamiento primario). El S. O. intenta predecir las páginas que un proceso va a necesitar y a continuación precarga estas páginas cuando hay espacio disponible Mientras el proceso ejecuta sus páginas actuales, el sistema carga páginas nuevas que estarán disponibles cuando el proceso las pida, debido a ello, el tiempo de ejecución de un proceso se puede reducir. Para obtener un rendimiento optimo, la pagina que se debe reemplazar es aquella que tardara mas tiempo en ser utilizada. Esta estrategia optima de reemplazo se denomina OPT o MIN. Es una tecnica sencilla. Todas las paginas que se encuentran en el almacenamiento principal tienen la misma probabilidad de ser elegidas para el reemplazo. Esta estrategia podria seleccionar cualquier pagina para ser reemplazada, incluyendo la siguiente pagina la que se hara referencia. Las decisiones de reemplazo aleatorio se de paginas se pueden tomar rapidamente y con un numero significativo de marcos de pagina. Es un esquema que casi no se utiliza por su enfoque aleatorio de acertar o errar. Cada pagina se registra en el instante que entro en el almacenamiento primario. Cuando se necesita reemplazar una pagina, se escoge la que ha permanecido en el almacenamiento durante el mayor tiempo. Belady, Nelson y Shelder descubrieron que al utilizar el reemplazo de paginas PEPS, ciertos patrones de referencia a pagina originan mas fallas de paginas cuando aumenta el numero de marcos de pagina asignados a un proceso. Este fenomeno se denomina Anomalia PEPS o anomalia Belady. La columna de la izquierda indica el patron de referencias a paginas de un proceso. La primera tabla muestra como dicho patron a referencia de paginas hace que las paginas se carguen a memoria y se reemplacen en secuencia PEPS cuando se asignan tres marcos de paginas a proceso. Mientras el proceso se ejecuta con sus páginas actuales, el sistema carga las demás páginas que estarán disponibles cuando las requiera el proceso. Estrategias de Obtención Determinan cuando se debe de transferir una pagina o un segmento de almacenamiento secundario al primario. Las estrategias de obtencion por demanda esperan a que un proceso en ejecucion haga referencia a una pagina o un segmento antes de traer la pagina o el segmento de almacenamiento primario. Los esquemas de obtencion anticipada intentan determinar por adelantado a cuales paginas o segmentos hara referencia un proceso. Estrategias de Colocación  Determinan en que lugar del almacenamiento primario se debe colocar una pagina o un segmento entrante. Una pagina entrante se puede colocar en cualquier marco de pagina disponible. Estrategias de Reemplazo Sirven para decidir cual pagina o segmento se debe desplazar para dar espacio a una pagina o segmento entrante cuando esta completamente ocupado el almacenamiento primario.} Las rutinas de administracion de almacenamiento del Sistema operativo deben decidir que pagina del almacenamiento primario se debe desplazar para dejar espacio a una pagina entrante .  Principio de Optimalidad Reemplazo de Páginas aleatorio Reemplazo de páginas de primeras entradas-primeras salidas (PEPS) Anomalias PEPS

UNIDAD 4 ADMINISTRACIÓN DE ENTRADA/SALIDA

UNIDAD 4 ADMINISTRACIÓN DE ENTRADA/SALIDA

Administración de entrada y salida
Una de las principales funciones de un sistema operativo es controlar todos los dispositivos de E/S (entrada/salida) del computador. Debe enviar los comandos a los dispositivos, atrapar interrupciones y manejar errores. También debe proporcionar una interfaz sencilla y fácil de usar entre los dispositivos y el resto del sistema. En la medida de lo posible, la interfaz deberá ser la misma para todos los dispositivos (independiente del dispositivo). El código de E/S representa una fracción importante del sistema operativo total. La forma en que administra la E/S es el tema de este capitulo.

En computación, entrada/salida, también abreviado E/S o I/O (del original en inglés input/output), es la colección de interfaces que usan las distintas unidades funcionales (subsistemas) de un sistema de procesamiento de información para comunicarse unas con otras, o las señales (información) enviadas a través de esas interfaces.


Las entradas son las señales recibidas por la unidad, mientras que las salidas son las señales enviadas por ésta. El término puede ser usado para describir una acción; "realizar una entrada/salida" se refiere a ejecutar una operación de entrada o de salida.

Los dispositivos de E/S los usa una persona u otro sistema para comunicarse con una computadora. De hecho, a los teclados y ratones se los considera dispositivos de entrada de una computadora, mientras que los monitores e impresoras son vistos como dispositivos de salida de una computadora.

Los dispositivos típicos para la comunicación entre computadoras realizan las dos operaciones, tanto entrada como salida, y entre otros se encuentran los módems y tarjetas de red.

Esta última función es necesaria debido a la deferencia de velocidades entre los dispositivos y la CPU y a la independencia que debe existir entre los periféricos y la CPU (por ejemplo, suelen tener relojes diferentes).

Se define una transferencia elemental de información como la transmisión de una sola unidad de información (normalmente un byte) entre el procesador y el periférico o viceversa. Para efectuar una transferencia elemental de información son precisas las siguientes funciones:

Establecimiento de una comunicación física entre el procesador y el periférico para la transmisión de la unidad de información.

Control de los periféricos, en que se incluyen operaciones como prueba y modificación del estado del periférico.

4.1 Dispositivos y manejadores de dispositivos

Manejadores de Dispositivos 

Todo el código que depende de los dispositivos aparece en los manejadores de dispositivos.

Cada controlador posee uno o más registros de dispositivos:

• Se utilizan para darle los comandos.

• Los manejadores de dispositivos proveen estos comandos y verifican su ejecución adecuada.

• Aceptar las solicitudes abstractas que le hace el software independiente del dispositivo.

• Verificar la ejecución de dichas solicitudes.

La solicitud de e / s, por ej. para un disco, se debe traducir de términos abstractos a términos concretos:

• El manejador de disco debe:

• Estimar el lugar donde se encuentra en realidad el bloque solicitado.

• Verificar si el motor de la unidad funciona.

• Verificar si el brazo esta colocado en el cilindro adecuado, etc.

• Resumiendo: debe decidir cuales son las operaciones necesarias del controlador y su orden.

• Envía los comandos al controlador al escribir en los registros de dispositivo del mismo.

• Frecuentemente el manejador del dispositivo se bloquea hasta que el controlador realiza cierto trabajo; una interrupción lo libera de este bloqueo.

• Al finalizar la operación debe verificar los errores.

• Si todo esta o.k. transferirá los datos al software independiente del dispositivo.

• Regresa información de estado sobre los errores a quien lo llamo.

• Inicia otra solicitud pendiente o queda en espera.

La labor de un manejador de dispositivos es la de:

Si al recibir una solicitud el manejador esta ocupado con otra solicitud, agregara la nueva solicitud a una cola de solicitudes pendientes. 

4.2 Mecanismos y Funciones de los manejadores de dispositivos

Mecanismos y Funciones de los manejadores de dispositivos 

Funciones generalmente realizadas por el software independiente del dispositivo:

• Interfaz uniforme para los manejadores de dispositivos.
• Nombres de los dispositivos.
• Protección del dispositivo.
• Proporcionar un tamaño de bloque independiente del dispositivo.
• Uso de buffer.
• Asignación de espacio en los dispositivos por bloques.
• Asignación y liberación de los dispositivos de uso exclusivo.
• Informe de errores.

Las funciones básicas del software independiente del dispositivo son:

• Efectuar las funciones de e / s comunes a todos los dispositivos.
• Proporcionar una interfaz uniforme del software a nivel usuario.

El software independiente del dispositivo asocia los nombres simbólicos de los dispositivos con el nombre adecuado.
Un nombre de dispositivo determina de manera única el nodo-i de un archivo especial:

• Este nodo-i contiene el número principal del dispositivo, que se utiliza para localizar el manejador apropiado.
• El nodo-i contiene también el número secundario de dispositivo, que se transfiere como parámetro al manejador para determinar la unidad por leer o escribir.

El software independiente del dispositivo debe:

• Ocultar a los niveles superiores los diferentes tamaños de sector de los distintos discos.

• Proporcionar un tamaño uniforme de los bloques, por ej.: considerar varios sectores físicos como un solo bloque lógico.

4.3 Estructura de datos para manejo de dispositivos

¿Qué es una estructura?    
        Los sistemas operativos actuales son grandes y complejos, estos deben poseer una ingeniería correcta para su fácil actualización y para que puedan cumplir su función correctamente. La estructura es generalmente modular, cada modulo cumple una función determinada e interactúa con los demás módulos. 

Estructura simple 
        El sistema MS-DOS es, sin duda, el mejor sistema operativo para micro-computadoras. Sin embargo, sus interfaces y niveles de funcionalidad no están bien definidos. Los programas de aplicación pueden acceder a operaciones básicas de entrada / salida para escribir directamente en pantalla o discos. Este libre acceso, hace que el sistema sea vulnerable, ya que un programa de aplicación puede eliminar por completo un disco rígido por alguna falla. Además este sistema, también esta limitado al hardware sobre el que corre.
        Otra estructura simple es la utilizada por la versión original de UNIX, esta consiste de dos partes separadas, el kernel y los programas de sistemas . El kernel fue posteriormente separado en manejadores (drivers) de dispositivos y una serie de interfaces. El kernel provee el sistema de archivos, la programación de CPU, el administrador de memoria y otras funciones del sistema operativo que responden a las llamadas del sistema enunciadas anteriormente. 

Estructura por capas (layers) 
        Las nuevas versiones de UNIX se diseñaron para hardware mas avanzado. Para dar mayor soporte al hardware, los sistemas operativos se dividieron en pequeñas partes. Ahora los sistemas operativos tienen mayor control sobre el hardware y las aplicaciones que se ejecutan sobre este.
        La modularizacion de un sistema se puede presentar de varias formas, la mas utilizada es la de capas, la cual consiste en dividir al sistema operativo en un numero de capas. La capa de menor nivel es el hardware y la de mayor nivel es la interfaz con el usuario. 

        La principal ventaja es que cada capa cumple con una serie de funciones y servicios que brinda a las otras capas, esto permite una mejor organización del sistema operativo y una depuración mas fácil de este.
        Cada capa se implementa solo utilizando las operaciones provistas por la capa de nivel inferior. Una capa no necesita saber como se implementan estas funciones, solo necesita saber que operaciones puede realizar.

4.4 Operaciones de entrada/salida

Funciones que realizan     

Vamos a señalar las funciones que debe realizar un computador para ejecutar trabajos de entrada/salida:

     - Direccionamiento o selección del dispositivo que debe llevar a cabo la operación de E/S.
     - Transferencia de los datos entre el procesador y el dispositivo (en uno u otro sentido).
     - Sincronización y coordinación de las operaciones. 

Esta ultima función es necesaria debido a la deferencia de velocidades entre los dispositivos y la CPU y a la independencia que debe existir entre los periféricos y la CPU (por ejemplo, suelen tener relojes diferentes). 

Se define una transferencia elemental de información como la transmisión de una sola unidad de información (normalmente un byte) entre el procesador y el periférico o viceversa. Para efectuar una transferencia elemental de información son precisas las siguientes funciones:

    - Establecimiento de una comunicación física entre el procesador y el periférico para la transmisión de la unidad de         información.
    - Control de los periféricos, en que se incluyen operaciones como prueba y modificación del estado del periférico. Para         realizar estas funciones la CPU gestionara las líneas de control necesarias. 

Definiremos una operación de E/S como el conjunto de acciones necesarias para la transferencia de un conjunto de datos (es decir, una transferencia completa de datos). Para la realización de una operación de E/S se deben efectuar las siguientes funciones:

    - Recuento de las unidades de información transferidas (normalmente bytes) para reconocer el fin de operación.
    - Sincronización de velocidad entre la CPU y el periférico.
    - Detección de errores (e incluso corrección) mediante la utilización de los códigos necesarios (bits de paridad, códigos de        redundancia cíclica, etc.)
    - Almacenamiento temporal de la información. Es más eficiente utilizar un buffer temporal específico para las operaciones        de E/S que utilizan el área de datos del programa.
    - Conversión de códigos , conversión serie/paralelo, etc.