sábado, 24 de noviembre de 2012

1.-INTRODUCCION A LOS S.O 1.1.-Definicion y concepto


Sistema Operativo es una parte importante de cualquier sistema de computacion. Un sistema de computacion puede dividirse en cuatro componentes: el hardware, el Sistema Operativo, los programas de aplicacion y los usuarios. El hardware (Unidad Central de Procesamiento (UCP), memoria y dispositivos de entrada/salida (E/S)) proporciona los recursos de computacion basicos. Los programas de aplicacion (compiladores, sistemas de bases de datos, juegos de video y programas para negocios) definen la forma en que estos recursos se emplean para resolver los problemas de computacion de los usuarios.

Recursos administrados por el Sistema Operativo

Existen diversas definiciones de lo que es un Sistema Operativo, pero no hay una definicion exacta, es decir una que sea estandar; a continuacion se presentan algunas:

1.- Se pueden imaginar un Sistema Operativo como los programas, instalados en el software o firmware, que hacen utilizable el hardware. El hardware proporciona la "capacidad bruta de computo "; los sistemas operativos ponen dicha capacidad de a.C. al alcance de los usuarios y administran cuidadosamente el hardware para lograr un buen rendimiento.

2.- Los Sistemas Operativos son ante todo administradores de recursos; el principal recurso que administran es el hardware del computador; ademas de los procesadores, los medios de almacenamiento, los dispositivos de entrada/salida, los dispositivos de comunicacion y los datos.

3.- Un Sistema Operativo es un programa que actua como intermediario entre el usuario y el hardware del computador y su proposito es proporcionar el entorno en el cual el usuario pueda ejecutar programas. Entonces, el objetivo principal de un Sistema Operativo es, lograr que el sistema de computacion se use de manera comoda, y el objetivo secundario es que el hardware del computador se emplee de manera eficiente.

4.- Un Sistema Operativo es un conjunto de programas que controla la ejecucion de programas de aplicacion y actua como una interfaz entre el usuario y el hardware de una computadora, esto es, un Sistema Operativo explota y administra los recursos de hardware de la computadora con el objeto de proporcionar un conjunto de servicios a los usuarios del sistema.

En resumen, se podria decir que los Sistemas Operativos son un conjunto de programas que crean la interfaz del hardware con el usuario, y que tiene dos funciones primordiales, que son:

Gestionar el hardware.- Se refiere al hecho de administrar de una forma mas eficiente los recursos de la maquina.

Facilitar el trabajo al usuario.- Permite una comunicacion con los dispositivos de la maquina.

El Sistema Operativo se encuentra almacenado en la memoria secundaria. Primero se carga y ejecuta un pedazo de codigo que se encuentra en el procesador, el cual carga el BIOS, y este a su vez carga el Sistema Operativo que carga todos los programas de aplicacion y software variado.

1.2.-Funciones y caracteristicas


En general, se puede decir que un Sistema Operativo tiene las siguientes caracteristicas:

Conveniencia. Un Sistema Operativo hace mas conveniente el uso de una computadora.

Eficiencia. Un Sistema Operativo permite que los recursos de la computadora se usen de la manera mas eficiente posible.

Habilidad para evolucionar. Un Sistema Operativo debera construirse de manera que permita el desarrollo, prueba o introduccion efectiva de nuevas funciones del sistema sin interferir con el servicio.

Encargado de administrar el hardware. El Sistema Operativo se encarga de manejar de una mejor manera los recursos de la computadora en cuanto a hardware se refiere, esto es, asignar a cada proceso una parte del procesador para poder compartir los recursos.

Relacionar dispositivos (gestionar a traves del kernel). El Sistema Operativo se debe encargar de comunicar a los dispositivos perifericos, cuando el usuario asi lo requiera.

Organizar datos para acceso rapido y seguro.

Manejar las comunicaciones en red. El Sistema Operativo permite al usuario manejar con alta facilidad todo lo referente a la instalación y uso de las redes de computadoras.

Procesamiento por bytes de flujo a través del bus de datos.

Facilitar las entradas y salidas. Un Sistema Operativo debe hacerle fácil al usuario el acceso y manejo de los dispositivos de Entrada/Salida de la computadora.

Técnicas de recuperación de errores.

Evita que otros usuarios interfieran. El Sistema Operativo evita que los usuarios se bloqueen entre ellos, informándoles si esa aplicación esta siendo ocupada por otro usuario.

Generación de estadísticas.

Permite que se puedan compartir el hardware y los datos entre los usuarios.

El software de aplicación son programas que se utilizan para diseñar, tal como el procesador de palabras, lenguajes de programación, hojas de cálculo, etc.

El software de base sirve para interactuar el usuario con la máquina, son un conjunto de programas que facilitan el ambiente plataforma, y permite el diseño del mismo.

El Software de base está compuesto por :

Cargadores.

Compiladores.

Ensambladores.

Macros.

1.3.-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 multiprogramación.




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.

1.4.-Clasificacion


Sistemas Operativos por Lotes

Los Sistemas Operativos por lotes, procesan una gran cantidad de trabajos con poca o ninguna interaccion entre los usuarios y los programas en ejecucion. Se reunen todos los trabajos comunes para realizarlos al mismo tiempo, evitando la espera de dos o mas trabajos como sucede en el procesamiento en serie. Estos sistemas son de los mas tradicionales y antiguos, y fueron introducidos alrededor de 1956 para aumentar la capacidad de procesamiento de los programas.
Cuando estos sistemas son bien planeados, pueden tener un tiempo de ejecucion muy alto, porque el procesador es mejor utilizado y los Sistemas Operativos pueden ser simples, debido a la secuenciabilidad de la ejecucion de los trabajos.
Algunos ejemplos de Sistemas Operativos por lotes exitosos son el SCOPE, del DC6600, el cual esta orientado a procesamiento cientifico pesado, y el EXEC II para el UNIVAC 1107, orientado a procesamiento academico.
Algunas otras caracteristicas con que cuentan los Sistemas Operativos por lotes son:

  • Requiere que el programa, datos y ordenes al sistema sean remitidos todos juntos en forma de lote.
  • Permiten poca o ninguna interaccion usuario/programa en ejecucion.
  • Mayor potencial de utilizacion de recursos que procesamiento serial simple en sistemas multiusuarios.
  • No conveniente para desarrollo de programas por bajo tiempo de retorno y depuracion fuera de linea.
  • Conveniente para programas de largos tiempos de ejecucion (Ej., analisis estadisticos, nominas de personal, etc.).
  • Se encuentra en muchos computadores personales combinados con procesamiento serial.
  • Planificacion del procesador sencilla, tipicamente procesados en orden de llegada.
  • Planificacion de memoria sencilla, generalmente se divide en dos: parte residente del S.O. y programas transitorios.
  • No requieren gestion critica de dispositivos en el tiempo.
  • Suelen proporcionar gestion sencilla de manejo de archivos: se requiere poca proteccion y ningun control de concurrencia para el acceso.

Sistemas Operativos de Tiempo Real

 

Los Sistemas Operativos de tiempo real son aquellos en los cuales no tiene importancia el usuario, sino los procesos. Por lo general, estan subutilizados sus recursos con la finalidad de prestar atencion a los procesos en el momento que lo requieran. se utilizan en entornos donde son procesados un gran numero de sucesos o eventos.
Muchos Sistemas Operativos de tiempo real son construidos para aplicaciones muy especificas como control de trafico aereo, bolsas de valores, control de refinerias, control de laminadores. Tambien en el ramo automovilistico y de la electronica de consumo, las aplicaciones de tiempo real estan creciendo muy rapidamente. Otros campos de aplicacion de los Sistemas Operativos de tiempo real son los siguientes:
  1. Control de trenes.
  2. Telecomunicaciones.
  3. Sistemas de fabricacion integrada.
  4. Produccion y distribucion de energia electrica.
  5. Control de edificios.
  6. Sistemas multimedia.
Algunos ejemplos de Sistemas Operativos de tiempo real son: VxWorks, Solaris, Lyns OS y Spectra. Los Sistemas Operativos de tiempo real, cuentan con las siguientes caracteristicas:
  1. Se dan en entornos en donde deben ser aceptados y procesados gran cantidad de sucesos, la mayoria externos al sistema computacional, en breve tiempo o dentro de ciertos plazos.
  2. Se utilizan en control industrial, conmutacion telefonica, control de vuelo, simulaciones en tiempo real., aplicaciones militares, etc.
  3. Objetivo es proporcionar rapidos tiempos de respuesta.
  4. Procesa rafagas de miles de interrupciones por segundo sin perder un solo suceso.
  5. Proceso se activa tras ocurrencia de suceso, mediante interrupcion.
  6. Proceso de mayor prioridad expropia recursos.
  7. Por tanto generalmente se utiliza planificacion expropiativa basada en prioridades.
  8. Gestion de memoria menos exigente que tiempo compartido, usualmente procesos son residentes permanentes en memoria.
  9. Poblacion de procesos estatica en gran medida.
  10. Poco movimiento de programas entre almacenamiento secundario y memoria.
  11. Gestion de archivos se orienta mas a velocidad de acceso que a utilizacion eficiente del recurso
Sistemas Operativos de Multiprogramación
 

 

Se distinguen por sus habilidades para poder soportar la ejecucion de dos o mas trabajos activos (que se estan ejecutado) al mismo tiempo. Esto trae como resultado que la Unidad Central de Procesamiento (UCP) siempre tenga alguna tarea que ejecutar, aprovechando al maximo su utilizacion.
Su objetivo es tener a varias tareas en la memoria principal, de manera que cada uno esta usando el procesador, o un procesador distinto, es decir, involucra maquinas con mas de una UCP.
Sistemas Operativos como UNIX, Windows 95, Windows 98, Windows NT, MAC-OS, OS/2, soportan la multitarea.
Las caracteristicas de un Sistema Operativo de multiprogramacion o multitarea son las siguientes:
  • Mejora productividad del sistema y utilizacion de recursos.
  • Multiplexa recursos entre varios programas.
  • Generalmente soportan multiples usuarios (multiusuarios).
  • Proporcionan facilidades para mantener el entorno de usuarios individuales.
  • Requieren validacion de usuario para seguridad y proteccion.
  • Proporcionan contabilidad del uso de los recursos por parte de los usuarios.
  • Multitarea sin soporte multiusuario se encuentra en algunos computadores personales o en sistemas de tiempo real.
  • Sistemas multiprocesadores son sistemas multitareas por definicion ya que soportan la ejecucion simultanea de multiples tareas sobre diferentes procesadores.
  • En general, los sistemas de multiprogramacion se caracterizan por tener multiples programas activos compitiendo por los recursos del sistema: procesador, memoria, dispositivos perifericos.
Sistemas Operativos de Tiempo Compartido
 

Permiten la simulacion de que el sistema y sus recursos son todos para cada usuario. El usuario hace una peticion a la computadora, esta la procesa tan pronto como le es posible, y la respuesta aparecera en la terminal del usuario.

Los principales recursos del sistema, el procesador, la memoria, dispositivos de E/S, son continuamente utilizados entre los diversos usuarios, dando a cada usuario la ilusion de que tiene el sistema dedicado para su mismo. Esto trae como consecuencia una gran carga de trabajo al Sistema Operativo, principalmente en la administracion de memoria principal y secundaria.

Ejemplos de Sistemas Operativos de tiempo compartido son Multics, OS/360 y DEC-10.
Caracteristicas de los Sistemas Operativos de tiempo compartido:

  1. Populares representantes de sistemas multiprogramados multiusuario, Ej.: sistemas de diseno asistido por computador, procesamiento de texto, etc.
  2. Dan la ilusion de que cada usuario tiene una maquina para si.
  3. Mayoria utilizan algoritmo de reparto circular.
  4. Programas se ejecutan con prioridad rotatoria que se incrementa con la espera y disminuye despues de concedido el servicio.
  5. Evitan monopolizacion del sistema asignando tiempos de procesador (time slot).
  6. Gestion de memoria proporciona proteccion a programas residentes.
  7. Gestion de archivo debe proporcionar proteccion y control de acceso debido a que pueden existir multiples usuarios accesando un mismo archivo.

Sistemas Operativos Distribuidos

Permiten distribuir trabajos, tareas o procesos, entre un conjunto de procesadores. Puede ser que este conjunto de procesadores esta en un equipo o en diferentes, en este caso es transparente para el usuario. Existen dos esquemas basicos de estos. Un sistema fuertemente acoplado es a es aquel que comparte la memoria y un reloj global, cuyos tiempos de acceso son similares para todos los procesadores. En un sistema debilmente acoplado los procesadores no comparten ni memoria ni reloj, ya que cada uno cuenta con su memoria local.

Los sistemas distribuidos deben de ser muy confiables, ya que si un componente del sistema se compone otro componente debe de ser capaz de reemplazarlo.

Entre los diferentes Sistemas Operativos distribuidos que existen tenemos los siguientes: Sprite, Solaris-MC, Mach, Chorus, Spring, Amoeba, Taos, etc.

Caracteristicas de los Sistemas Operativos distribuidos:

  • Coleccion de sistemas autonomos capaces de comunicacion y cooperacion mediante interconexiones hardware y software .
  • Gobierna operacion de un S.C. y proporciona abstraccion de maquina virtual a los usuarios.
  • Objetivo clave es la transparencia.
  • Generalmente proporcionan medios para la comparticion global de recursos.
  • Servicios anadidos: denominacion global, sistemas de archivos distribuidos, facilidades para distribucion de calculos (a traves de comunicacion de procesos internodos, llamadas a procedimientos remotos, etc.).

                      Sistemas Operativos De Red

 

Son aquellos sistemas que mantienen a dos o mas computadoras unidas a traves de algun medio de comunicacion (fisico o no), con el objetivo primordial de poder compartir los diferentes recursos y la informacion del sistema.
El primer Sistema Operativo de red estaba enfocado a equipos con un procesador Motorola 68000, pasando posteriormente a procesadores Intel como Novell Netware.
Los Sistemas Operativos de red mas ampliamente usados son: Novell Netware, Personal Netware, LAN Manager, Windows NT Server, UNIX, LANtastic.
Sistemas Operativos Paralelos
 

 

En estos tipos de Sistemas Operativos se pretende que cuando existan dos o mas procesos que compitan por algun recurso se puedan realizar o ejecutar al mismo tiempo.
En UNIX existe tambien la posibilidad de ejecutar programas sin tener que atenderlos en forma interactiva, simulando paralelismo (es decir, atender de manera concurrente varios procesos de un mismo usuario). Asi, en lugar de esperar a que el proceso termine de ejecutarse (como lo haria normalmente), regresa a atender al usuario inmediatamente despues de haber creado el proceso.
Ejemplos de estos tipos de Sistemas Operativos estan: Alpha, PVM, la serie AIX, que es utilizado en los sistemas RS/6000 de IBM.