INDICE DE SISTEMAS OPERATIVOS

A

Abstracción · 5

Aplicaciones · 6

B

Bufferring · 9

C

Cargador · Véase Loader

código fuente · 6

código objeto · 6

Compiladores · 6

Conectividad · 10

D

DBMS · 10; 18

E

Ensambladores · 6

F

FIRMWARE · 6

FUNCIONES PRINCIPALES · 5

I

I.O.C.S · 6

Información · 4; 5; 27; 28

Informática · 5

instrucciones privilegiadas · 8

Interpretes · 6

J

JAVA · 10

JCL · 7

L

LA EVOLUCION DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS

1ª Generación · 7

2ª Generación · 7

3ª Generación · 7

4ª Generación · 7

limitados por E/S · 9

limitados por la CPU · 9

Loader · 6

M

Máquina Virtual · 10

Memoria Interna · 5

Memoria Secundaria · 5

Modo supervisor · 6

Modo usuario · 6; 8

MULTIPROGRAMACION · 9

N

Núcleo · 6

P

PROCESADOR · 5

procesamiento Off Line · 8

Programas de control · 4; 5; 6

Programas de servicio · 4; 6

Protección de dispositivos · 8

Protección de memoria · 8

R

red · 10; 11; 18; 24

S

Sistema Informático · 5

SISTEMAS OPERATIVOS

Introducción · 3

SO de red · 10

SO distribuidos · 10

SPOOLING · 9

Subsistema físico · 4; 5

Subsistema lógico · 4; 5

Supervisor · 6; 8; 16

T

TECNICAS O SISTEMAS DE TIEMPO REAL · 10

Time-Sharing

Tecnicas de tiempo compartide · 10

TRABAJO · 7

Traductores · 6; 7

U

Utilidades · 6

SISTEMAS OPERATIVOS

Introducción a los sistemas operativos

Gestión de ficheros

Gestión de procesos

Gestión de memoria

Gestión de E/S y Dispositivos

Principios de diseño de un SSOO

TEMA 1 Introducción a los sistemas operativos

Los sistemas operativos se ocupan de la gestión de los recursos de la máquina y gestionar los programas.

Las instrucciones de alto nivel se “traducen” a instrucciones sencillas.

Los datos de un programa pueden almacenarse en diferentes sitios como la memoria del ordenador, dispositivos secundarios (discos duros, unidades de disco o cinta etc..), registros.

Los dispositivos secundarios son del orden de cien veces más lentos que la memoria.

Los programas exigen estar en la memoria del ordenador para ser ejecutados pero al ser la memoria más pequeña que los dispositivos secundarios, puede darse el caso de que un programa se encuentre en un determinado momento parte en memoria y parte en el dispositivo secundario. Por tanto los programas no se ejecutan en los dispositivos secundarios.

Los registros que son el tercer nivel de almacenamiento contienen únicamente datos para el programa (nunca contienen instrucciones propias del programa). Estos registros son aún más rápidos que la memoria (del orden de milisegundos) por tanto en ellos introduciremos los datos de los programas a los que se acceden más veces.(ejemplo: El contador de instrucciones.)

La caché del ordenador no debe confundirse con los registros ya que esta memoria esta destinada para almacenar cosas leídas y escritas recientemente y en ellas se almacenan también instrucciones.

Otro nivel de memoria puede ser la memoria del procesador que es mucho más rápida (del orden de nanosegundos).

Todo sistema operativo debe proporcionar el conocimiento de la máquina.

Debe de servir como elemento de comunicación entre los programas, el usuario y su Hardware; interactúa con el programa para que el usuario se olvide un poco de como es la máquina.

Debe de actuar como gestor de recursos y hacer un uso óptimo del Hardware, para que un programa funcione lo más rápidamente posible.

Debe tener capacidad de evolución (Para el control de recursos mayores)

Los programadores deben saber además la cantidad de registros de memoria que posee el ordenador así como si disponemos o no de un disco duro, CD-ROM, etc..

Los sistemas operativos deben ser lo suficientemente cómodos para los usuarios finales y flexibles para los programadores.

Deben aparecer servicios para las siguientes áreas.

• Creación de programas (Editores, compiladores)

• Servicio para la ejecución de programas (Permitir a los usuarios la utilización de los recursos del sistema).

• Acceso a los dispositivos de E/S

• Acceso a los archivos (Ficheros) y establecer un control sobre éstos (Estos son tus archivos y estos no)

• Debe controlar y responder a errores

• Debe proporcionar estadísticas.

• Un ordenador es un conjunto de recursos destinado al traslado, procesamiento y almacenamiento de datos.

• El SSOO debe gestionar esos recursos de transporte, debe controlar el funcionamiento de los programas y es suyo mismo (es como un programa pero debe ir más lejos)

• En la mayor parte del tiempo el SSOO funciona como un programa convencional ejecutado en la CPU (instrucciones del SSOO) pero debe ser capaz de ceder la ejecución a otros programas y volver a recuperarla cuando sea necesario.

• ¿Como conseguimos que si un programa se cuelga el SSOO libere los recursos si en este momento el SSOO no está en la CPU?

• El SSOO dispone de una gran parte de programa que funciona de forma convencional y otra pequeña parte de casi Hardware (Firmware) que se encarga de las tareas de control básicas.

• INFORMATICA

• Sistema informático

• Subsistema físico (ordenador)

• Procesador

• Memoria interna

• Memoria secundaria

• Periféricos

• Subsistema lógico (Sistema operativo)

• Programas de control o de sistema

• Programas de servicio

• Información

• Programas de aplicación

• Datos

• Informática: Conjunto de conocimientos científicos y técnicos que hacen posible el tratamiento automático de la información.

• Información: Conjunto de elementos capaces de expresar un conocimiento determinado.

• Sistema Informático: Conjunto de elementos físicos y lógicos capaces de procesar la información que el usuario necesita y controlar de la forma más eficaz posible los recursos disponibles.

• Subsistema físico: Ver esquema

• Subsistema lógico: Ver esquema

• El subsistema físico se compone de elementos de control (1), de memoria (2), elementos operativos (3) y elementos de entrada salida (4).

• PROCESADOR

• Lleva a cavo la ejecución de los programas.

Unidad Lógica (1)

ALU (2)

Elementos de memoria (3)

Unidades de E/S (4)

• Memoria Interna: Lugar de almacenamiento de programas y datos. Es volátil (Se borra sin alimentación) RAM (Random Access Memory)

• Memoria Secundaria: Al ser la RAM volátil los programas y los datos se guardan permanentemente en (HDD, cintas magnéticas, discos) no se borran (no volátil)

• Para el proceso de la información y programas los programas y datos se pasan de la memoria secundaria a la memoria interna.

• Periféricos: Permiten introducir y sacar resultados (teclado, impresora, pantalla, etc.. )

• ¿COMO FUNCIONA UN PROCESADOR?

• Procesador * Ejecución de las instrucciones indicadas por el usuario como parte de la actividad de procesamiento.

• La unidad de eficiencia se mide en MIPS (millones instrucciones por segundo).

• La unidad de control tiene como función principal ejecutar las distintas instrucciones de un programa. En los registros de indica la instrucción que se está ejecutando en cada momento (Contador) y en otros se decodifican las instrucciones.

• Las instrucciones están formadas por códigos de operación + operandos.

• Instrucciones = Códigos de operación + operandos

• Decodificar: Saber lo que quiere hacer la instrucción con los datos de las direcciones Dir1 y Dir2 (Ej. ADD DIR1 DIR2) (Sumar los números de las direcciones dir1 y dir2)

• La suma la realiza la ALU (Unidad Aritmético-Lógica) Se encarga de este tipo de operaciones y posee un circuito para cada una de ellas ( + - * / ).

• También existen operaciones que no son aritméticas (ej. Operaciones de E/S) En el procesador existe una interface para cada una de los periféricos conectados al sistema.

• Las instrucciones que realiza el programa del secuenciador para cada instrucciones de usuario se denominan instrucciones u órdenes.

• FUNCIONES PRINCIPALES

• Recoger la información de la memoria interna

• Las ejecuta de una en una.

• Programas de control: Gestionan los recursos físicos y (al ser este proceso complejo para el usuario) liberan al usuario del control de una impresora, cintas magnéticas, etc..

• Abstracción: Eliminar detalles que complican al usuario. (Liberan)

• Programas de servicio: Hacen que el usuario se pueda mover por ese entorno (Traductores, programas de utilidades para manejo y gestión de ficheros de la memoria secundaria)

• Programas de aplicación: Las realiza el usuario para resolver sus propias actividades.

• 1) PROGRAMAS DE CONTROL

• Núcleo (Kernel): Conjunto de programas que modelan el comportamiento del sistema operativo

• Monolítico: Integra en un solo código binario todas las funciones del SO.

• Microkernel: Solo incluye las funciones básicas del SO, y accede dinámicamente a cualquier extensión del SO.

• Supervisor: Componente software que se encarga de supervisar la ejecución de aplicaciones

• Modo supervisor: Da permiso para activar todas las funciones del SO.

• Modo usuario: Solo tiene disponible un conjunto de estas funciones.

• I.O.C.S. (Input Output Control System): Sistema de control E/S. Es un bloque del SO que se encarga de gestionar todas las operaciones de E/S

• Cargador (Loader): es aquel componente software cuya misión es traer de memoria secundaria las aplicaciones del usuario hacia memoria interna.

• 2)PROGRAMAS DE SERVICIO

• Tienen por misión proporcionar un entorno de ejecución adecuado para las actividades del usuario.

• 1.Traductores: Tienen por objeto convertir las aplicaciones de usuario en un lenguaje nativo del procesador (Lenguaje que se denomina código máquina)

• El código máquina es específico de cada tipo de ordenador.

• Tipos de traductores:

• Ensambladores: El lenguaje ensamblador (assembler) utiliza una serie de códigos mnemotécnicos que se corresponden de forma unívoca a las instrucciones del lenguaje máquina.

• Compiladores: Se suele traducir de un lenguaje de alto nivel a código máquina y además la traducción es completa antes de ejecutar el programa.

• Fuente Compilador objeto

• Interpretes: La traducción se efectúa instrucción a instrucción, con el objetivo de ejecutarlas rápidamente.

• Fuente Interprete Ejecución

• Lenguaje de ALTO NIVEL: El nivel de abstracción ofrecido, permite al usuario expresar la actividad de procesamiento en un lenguaje natural.

• Lenguaje de BAJO NIVEL: Se aproxima al lenguaje maquina.

• {Código maquina - Ensamblador C Pascal - Fortran - Modula}

• Al conjunto ordenado de instrucciones escritas en lenguaje de alto nivel o lenguaje ensamblador se le denomina código fuente.

• Al conjunto de instrucciones que se obtienen del proceso de traducción de le denomina código objeto.

• 2.Utilidades: Los programas de utilidad tienen por objeto la manipulación de archivos.

• 3.Aplicaciones: Son aquellos programas que realizan actividades específicas que el usuario desea encomendar al sistema.

• 3)FIRMWARE

• Es un conjunto de programas que se almacenan en código máquina en dispositivos de memoria no volátil. ROM En el PC BIOS (Basic Input Output System) Ese conjunto de código de la BIOS activa el POST (Power on self test), que se entiende como el proceso de autodiagnóstico de puesta en marcha. Es lo primero que se efectúa. (proceso físico).

• Propósitos del Firmware:

• 1.Carga del SO: Es lo mínimo que se necesita para que pueda tomar el control el SO. IPL (Initial Procesal Loading)

• 2.Aumentar la capacidad (posibilidades) del sistema.

• DIAGRAMA DE NIVELES DE UN SISTEMA INFORMÁTICO

• 4. Usuario

• Encontramos 3 módulos que forman un conjunto que tiene como destinatario al usuario.

• Se dice que un determinado nivel utiliza los servicios que le ofrece el nivel situado debajo para ofrecer servicios mejorados al nivel situado encima.

• El usuario nunca accede directamente al SO. Ni las aplicaciones al Hardware.

• Interface: Elementos de separación entre subsitemas (es decir, la línea que separa los módulos).

• TRABAJO: Conjunto de datos + todos los programas que los procesan

• Un trabajo esta compuesto por un número de pasos que son cada programa que procesa la información. Se realizan de forma secuencial, esto es, los trabajos van llegando de forma secuencial y se forma lo que se llama la cola de trabajo (o cola del sistema) que en principio se ejecutan de forma secuencial según han ido llegando.

• Esta cola se realiza porque en un momento determinado una aplicación utiliza ciertos recursos que no pueden ser utilizados al mismo tiempo por otras aplicaciones. Se utiliza el lenguaje JCL (Job Control Lenguaje) para modelar los trabajos.

• LA EVOLUCION DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS

• 1ª Generación (1945-1955)

• Todo se hacía en lenguaje máquina (El programador introduce los datos en binario puro)

• Todas las funciones tenían que estar implementadas a nivel hardware (Si se quiere sumar debía estar implementada dicha operación en el hardware).

• No se conocía ningún lenguaje de programación.

• No existían los SSOO (Nadie llevaba los programas a memoria para su ejecución)

• Sólo existían aplicaciones de tipo militar.

• 2ª Generación (1955-1965)

• Se introdujo el Transistor ( Transfer Resistor). Existencia de transferencia. Permite la comunicación rápida entre elementos Hardware. Dan más estabilidad al sistema.

• Aparece por primera vez el lenguaje ensamblador (Código mnemotécnico)

• Aparece el JCL que me permite ejecutar de forma automática cada tipo de trabajo.

• Empiezan a existir los lenguajes de alto nivel (Cobol, Fortran)

• Aparecen componentes standard (Modelos en los que se conocen las E y S pero no su interior

• Aparecen nuevos dispositivos (Tarjetas perforadas, cintas magnéticas), por lo que se crean los "Drivers". Se crea una entrada para los drivers exteriores.

• Aparece el IOCS (I/O Control System) para controlar todos estos dispositivos.

• TECNICAS QUE APARECIERON PARA APROVECHAR EL TIEMPO DE LA CPU

• 1.- Contratar los servicios de un operador profesional. Especialista que se dedica a activar los distintos trabajos que le ofrecen los programadores. Con esta técnica se trata de separar al programador del sistema.

• 2.- Procesamiento de trabajos agrupados. (Se aprovechan unos procesos para varios trabajos BATCH ¿Por que no lo intentamos hacer de forma automática? aparece para ello el lenguaje JCL que nos permitirá definir el trabajo que hay que realizar, tareas necesarias para ello, programas que se encargan de esas tareas y ficheros de datos que se deben usar en dichos trabajos.

• MONITOR: Primera implementación conocida de un SO. Conjunto de módulos que se componen de:

• Traductores de lenguaje

• Interprete de JCL

• Controlador de dispositivos IOCS

• Gestor de interrupciones (Básicamente cuando un dispositivo quiere avisar de algo al procesador se utilizan las interrupciones. Con independencia de los procesos que este realizando el procesador, los para y hace caso de las interrupciones (Ej: Se acaba la cinta. El procesador se encarga de avisar al usuario.)

• Se empiezan a desarrollar mecanismos de protección de sistema.

• Protección de dispositivos: Se trata de impedir que el usuario acceda directamente a los dispositivos.

• Protección de memoria: Se trata de impedir que un usuario modifique los contenidos de las posiciones de memoria ocupadas por el monitor.

• Para conseguir estos tipos de protección se diseña en hardware dos modos de ejecución del sistema, completamente diferentes.

• 1.- Modo monitor, Supervisor ó Sistema

• 2.- Modo usuario

• Estos modos de funcionamiento se consiguen añadiendo al código máquina un bit a las instrucciones (un 0 si es de monitor, un 1 si es de usuario).

• Las instrucciones que solo se ejecutan en modo monitor (con el bit 1) se denominan instrucciones PRIVILEGIADAS.

• ¿Que pasa con la memoria? ¿Como la protejo?

• Básicamente el monitor lleva internamente cuales son las instrucciones inicial y final de cada módulo de programa. Debe saber cuantos programas hay y que rango ocupan. Si una aplicación desea acceder a un dispositivo debe hacerlo mediante las CALL SYSTEM de esta forma el monitor indica al procesador lo que debe hacer.

• Las CALL SYSTEM son instrucciones privilegiadas y como estas se producen dentro del código de usuario, se produce una interrupción, se cede el control a una parte del monitor y después se cede el control a la instrucción siguiente de la que provocó la interrupción.

• Mientras un dispositivo de E/S esta funcionando el procesador está inactivo un periodo que depende de la velocidad del dispositivo.

• TECNICAS QUE SE UTILIZARON PARA ELIMINAR EL TIEMPO PERDIDO

• Las técnicas utilizadas para la eliminación del tiempo perdido de la CPU mientras se utilizan los dispositivos son:

• LECTOR CPU Impresora

• A) Se diseñó el procesamiento Off Line. En esta técnica se pasa la información de dispositivos lentos a otros más rápidos

• LECTOR Disp. Rápido CPU Disp. Rápido Impresora

• Este tipo de proceso se realiza de forma autónoma (Procesos satélites) Se realizan con independencia de la CPU. Se realizan a nivel físico o incluso se utiliza otra CPU.

• El SO trata como siempre de optimizar la máquina con independencia de cambiar la máquina y todas las optimizaciones de realizan de forma invisible.

• El procesamiento Off line no permite hacer operaciones simultáneas del procesador y de E/S. Si deseamos lograr la superposición de ambas cosas es necesario incluir elementos hardware que lo permitan (Ej. Otro procesador satélite.)

• La actividad de procesamiento del usuario se puede hacer de dos modos:

• - Dispositivos especiales: Se introduce una pequeña CPU entre el dispositivo lento y el otro más rápido.

• - Procesamiento satélite: Toda la operación de E/S se realiza a través del modo IOCS. En esta situación no es necesario modificar el software creado en un sistema.

• Se puede incrementar la utilización de la CPU utilizando varias actividades de procesamiento Off Line. Un trabajo específico tarda más en ejecutarse.

• Existen otros tipos de optimización:

• B) Bufferring Se basa en la utilización de buffers (elementos de almacenamiento intermedio). Esta técnica consiste en situar en un buffer la información leída de un dispositivo de entrada, información que podrá ser procesada mientras el dispositivo comienza a leer la siguiente información.

• La CPU puede leer un dato del disco pero se leen 20 y se llena el buffer

• Existen los trabajos limitados por E/S La velocidad de ejecución esta limitada por la velocidad de los dispositivos.

• Los limitados por la CPU Los buffers de entrada están siempre llenos y los dispositivos de salida siempre vacíos. (La CPU no es capaz de mantener el ritmo de trabajo de los dispositivos de E/S).

• La gestión de los buffers es tarea del SO, concretamente del subsitema de E/S del SO.

• En el peor de los casos volvemos a la situación anterior de los procesos Off line.

• 3ª Generación (1965-1980)

• Los fabricantes de ordenadores de principios de los 60 tenían dos tipos de sistemas informáticos, los que dirigían al comercio (de propósito general) y los de tipo científico. Tenían líneas incompatibles. Empiezan a aparecer el nuevo término de escalabilidad (es decir son nuevos ordenadores con nuevas aplicaciones). IBM creó una familia llamada IBM 360 que se caracterizaban por tener una arquitectura compatible, y por ser multipropósito (tanto comercial como científico) y se adaptan a los nuevos cambios técnicos que aparecen (son capaces de evolucionar). En definitiva se estableció el concepto de “Compatibilidad”. Esta evolución pretendía que los SSOO fueran más complejos.

• SPOOLING: SPOOL (Simultaneous Peripheral Operation On Line) Aparece esta operación cuando se crearon los discos, van a sustituir a las cintas magnéticas ya que podrán leer información y enviar esta a la CPU simultáneamente. En el proceso de salida o escritura, si el CPU quiere escribir una línea en la impresora, primero va hacia un buffer y luego pasa al disco y de este a la impresora. (SPOOLING es idéntico al buffering pero si se supone al disco con buffer de almacenamiento ilimitado, y se utiliza para leer de los dispositivos de entrada tanto como sea posible y para escribir la información que se envía a los dispositivos de salida hasta que estos puedan procesarla.). Con el spooling es más beneficioso, ya que el CPU puede solapar la entrada salida de unos trabajos con otros. El almacenamiento de trabajos en el disco se llama POOL o depósito de trabajos.

• La planificación de Trabajo es el conjunto de técnicas que utiliza el SO para escoger un determinado trabajo entre varios trabajos candidatos que están esperando en un Pool.

• Otra técnica que se desarrolla con el Spooling es

• La MULTIPROGRAMACION: Es una técnica que apareció casi de forma natural, ya que con la planificación del trabajo se vio necesario la multiprogramación. Todos los procesos o técnicas de Off Line, buffering y spooling. Los usuarios no pueden tener ocupado al CPU y la salida simultáneamente. La multiprogramación incrementa la utilización de los trabajos de modo que la CPU tenga siempre algo que ejecutar, pero este proceso hace que los sistema operativos sean más complicados. Todos los trabajos que han quedado suspendidos en el proceso de E/S se almacenan en memoria. Por lo que necesitarán una gestión de memoria.

• TECNICAS DE TIEMPO COMPARTIDO (Time-Sharing)

• Es lo que hoy se conoce como Multitarea. El tiempo compartido es una extensión lógica de la multiprogramación, en este caso el CPU ejecuta varios trabajos conmutando entre ellos. Esta conmutación es tan rápida que permite al usuario interactuar con un programa mientras se esta ejecutando. Los sistemas de Tiempo Compartido proporcionan al usuario la posibilidad de operar con el sistema en modo interactivo utilizando terminales externos (monitor + teclado). Si hay varios terminales conectados al CPU y solo unos cuantos están ejecutando algún programa, el tiempo asignado a cada terminal se les asigna exclusivamente a los que están ejecutando algo.

• E/S Usuario 1

• CPU E/S Usuario 2

• E/S Usuario 3

• Ej. Cajeros automáticos, Cajas registradoras etc..

• TECNICAS O SISTEMAS DE TIEMPO REAL

• Los sistemas de tiempo real, diseñados para el control de procesos industriales, en estos sistemas se garantizan unos tiempos de respuesta máximos para cada una de las operaciones.

• 4ª Generación: (1980-1990)

• Está caracterizada por la aparición de los microprocesadores, gracias al diseño de circuitos VLSI (Very Large Scale Integration). Aparecen ordenadores de dos tipos: Personales y Estaciones de trabajo.

• En los ordenadores personales se utiliza como SO el MS-DOS y en las estaciones de trabajo el UNIX.

• 1.- Conectividad: (Integración de redes) Conexiones de redes.

• La creación de conexiones entre ordenadores creando redes. Pero para el intercambio de información se utiliza la criptografía o codificación de la información para que no sea violada por otra sistema ajeno.

• Los SO de red: Los usuarios son conscientes de la existencia de otros ordenadores, y para obtener la información de estos, el usuario tiene que llamar directamente a la información de esos ordenadores.

• Los SO distribuidos: El usuario cree estar utilizando un SO tradicional que usa un solo procesador pero en realidad esta usando de forma transparente todos los recursos disponibles en la red. Es el propio sistema operativo el que se encarga de buscar la información pedida en la red, sin la interacción del usuario.

• Los SO de red necesitan unos protocolos establecidos para establecer la comunicación entre los ordenadores, además de unos módulos de bajo nivel.

• 2.- Máquina Virtual: Lenguaje JAVA es un lenguaje que trabaja con máquinas virtuales. Son ordenadores conectados a red que utilizan recursos de la red como si fuesen del propio ordenador.

• 3.- DBMS: Utilización de sistemas de gestión de bases de datos. Se distribuyen los datos en varias máquinas. Esto permite una segunda técnica llamada Replicación de datos y consiste en la duplicación de los datos, con lo que se una maquina se estropea, otra la puede sustituir. Esto se hace por seguridad y para poder repartir el trabajo.

• PROTECCION DE LA INFORMACION Y SEGURIDAD

• Existen cuatro niveles o mecanismos de protección y los presentamos en orden creciente de seguridad.

• 5.- No compartición: Todos los procesos están totalmente aislados, no existe la posibilidad de que interfieran, esto se puede conseguir con unos mecanismos denominados Memoria Virtual, hace que cada programa va a tener una memoria total virtual. Gestiona de forma exclusiva de todos los recursos. Si dos programas acceden al mismo archivo, para solucionar esto se copia el archivo a su parte de memoria, llamada memoria virtual que trabaja como si fuese única..

• 6.- Compartición de originales: Con este caso se pueden compartir tanto programas como datos. Para la compartición de programas se ha diseñado un conjunto de códigos que hacen que un programa sea utilizado por varios procesos. En el caso de datos, se deja la copia original y se protege con un mecanismo que hace que con un espacio de memoria virtual parezca que lo tiene grabado, pero en realidad se llama directamente al original. En el momento en el que un proceso tenga que modificar la copia original, se deberá copiar el original a su espacio de dirección en la memoria virtual. Esto se llama (Copy on Write)

• 7.- Subsistemas confinados o sin memoria: Se hace lo mismo que antes pero ahora el usuario es consciente del proceso. Se diseñan módulos independientes que necesitan servicios y este se lo va a ofrecer un módulo servidor. Este programa servidor solo se encarga de ofrecer los servicios ofrecidos por el cliente (es el modelo ofrecido en las WEB de Internet). Además un servidor puede ofrecer o atender simultáneamente los servicios de diversos clientes, por lo tanto el servidor utiliza un código de tipo entrante ( Un programa que se ejecuta en distintos procesos)

• 8.- Diseminación controlada de la información. Se utiliza un conjunto de técnicas que hace que un usuario de una aplicación se le asigne un código de acceso o credenciales que le permite la entrada a distintos servicios. Los datos y recursos están agrupados a niveles de clasificación haciendo que el usuario deba tener unas credenciales con el suficiente nivel para acceder y utilizar los datos o recursos.

• ESTRUCTURA DE LOS SSOO. (Libro)

• Una “cola” es una lista de procesos que está a la espera de que se le asigne un recurso, habrá tantas colas como tipos de recursos que se puedan compartir. Pero el - central son las “colas de corto plazo” son procesos que están ya en la memoria principal para su ejecución. La cola de corto plazo la controla un elemento llamado Dispacher (es un módulo que toma la decisión de elegir un proceso:

• 1.- Utiliza una técnica llamada Round_Rolin (Turnos rotatorios) le asigna un tiempo corto del procesador a cada proceso y se van ejecutando rotatoriamente.

• 2.- La otra técnica es según los niveles de prioridad antes de entrar el proceso en la cola, el SO le asigna al proceso un nivel de prioridad (según su urgencia de ejecución o por lo que le dice el usuario). Además las dos técnicas se pueden combinar o utilizar a la vez. También, un primer nivel de prioridad puede aumentar por la finalización de los procesos de un nivel superior a este.

• Las “Colas de largo plazo” son listas de trabajos que esperan poder usar el sistema (es similar a pool), esta cola normalmente van a estar en disco o en memoria virtual y estarán allí hasta que puedan ser ejecutados y pasen a la cola de corto plazo, este traslado lo realiza el SO. Para que sean trasladados hay que asignarle un espacio de memoria y un tiempo de proceso.

• Para que un programa pase de la cola de largo a corto plazo el SO evaluará el espacio de memoria y el tiempo de proceso que necesita el programa.

• Existe tantas colas de E/S según los dispositivos que haya de E/S. Va a utilizar las técnicas del dispacher.

• El gestor de servicios es el módulo que se utiliza cuando algún programa o proceso necesita un servicio del SO.

• El gestor de interrupciones, gestiona las interrupciones cuando se solicita un proceso de E/S.

• GESTION DE INTERRUPCIONES.

• Una interrupción es un mecanismo que interrumpe el flujo de ejecución normal de un programa. Normalmente se trata de un mecanismo hardware. El SO hace “consultas” periódicas durante la ejecución de programas, se dirigían a los dispositivos E/S para ver si están ocupados. Pero se cambio por las interrupciones asíncronas ya que pueden llegar en cualquier momento, las de consultas son de tipo síncronas. Generalizando encontramos dos tipos de Interrupciones:

• - Hardware: Indican algún tipo de evento o circunstancia físico. (Asíncronas).

• Ej: La impresora se queda sin papel

• - Software: Generados explícitamente por un programa. Las genero cuando quiero. (Síncronas). Son previsibles.

• Tipos de interrupciones:

• 1.- De programas: (derivadas de las ejecuciones de programas) Algunos programas pueden estar mal programados (ej. La división por cero, desbordamiento numérico, instrucciones ilegales, violaciones del espacio de memoria (cuando un programa intenta ocupar un espacio de memoria de otro programa).

• 2.- De E/S: Las generan los controladores de dispositivos. Avisan al SO si un dispositivo de E/S a quedado libre.

• 3.- De reloj o temporizador: Todos los sistemas tienen in reloj interno que emite secuencialmente unos impulsos, utilizándose en operaciones de sincronización, principalmente se utiliza en la transmisión de datos, en la planificación de procesos.

• 4.- Fallos a nivel hardware del sistema: Por ejemplo en un error de paridad en la memoria, en un cambio brusco de tensión o de electricidad estática que modifica los datos, se usan unos datos llamados parity (paridad) que son la suma de los datos codificados y estos, si no coincide se interrumpe. Los programas que se encargan de revisar los fallos de hardware se guardan en la ROM ya que allí son inborrables.

• Ejemplo de flujo de control.

• Rutina de Servicio de interrupciones RSI y en el momento en el que haya una interrupción de E/S en la ejecución, se realiza dicho proceso de E/S y continúa la ejecución, en el momento en el que haya otra interrupción se activa la RSI que se encarga de identificar la causa de la interrupción y se ejecuta el código asociado a dicha causa. Si el tiempo necesario para la operación de E/S a nivel físico es menor que el tiempo necesario para procesar el siguiente bloque de información se dice que estamos en un escenario de “espera corta” y podemos hacer simultáneamente operaciones de E/S y el procesamiento del siguiente bloque. Si el tiempo de la operación de E/S es superior al tiempo físico de proceso del siguiente bloque, estamos en un escenario de “espera larga” o limitada por el tiempo de la operación de E/S.

• Diagramas de tiempo.

• 1.- ESPERA CORTA

• sin interrupciones

• con interrupciones

• 2.- ESPERA LARGA

• sin interrupciones

• con interrupciones

• SECUENCIA DE INTERRUPCIONES

• 1.- El dispositivo E/S produce una interrupción.

• 2.- Cuando el CPU recibe una señal de interrupción la CPU corta la instrucción en curso.

• 3.- Asentimiento, el CPU va hacer unas indicaciones para anular la señal de interrupción. Y se identifica la interrupción con el RSI (de que tipo y de donde viene)

• 4.- Prepara la transferencia a la RSI. Se guarda una estructura llamada PWS (Program State Word), que permite conocer el estado del procesador, almacenándose en una pila. Otra estructura importante es el PC (Program Counter) que me dice cual es la posición de memoria de la siguiente instrucción que hay que ejecutar. El PC se almacena en el PSW, en la pila.

• 5.- El PSW envia la dirección de memoria de la siguiente instrucción y se inicia el RSI.

• 6.- Se inicia la ejecución del RSI, y almacenan los valores de los distintos registros del procesador en la pila. Los registros contienen valores de programa que se está ejecutando antes de la interrupción.

• 7.- Se inicia el verdadero procesamiento de RSI.

• 8.- Se restauran de la pila todos los registros almacenados, si inicia la ejecución de la instrucción siguiente a la que quedó interrumpida en un principio.

• SERVICIOS DEL SO

• Servicios que tienen los Sistemas Operativos.

• 1.- Creación de programas, es decir, debe ser capaz de permitir la creación de programas utilizando editores, depuradores y utilidades que soportan el proceso de creación de programas.

• 2.- Ejecución de aplicaciones; debe gestionar las instrucciones y datos para poder llevarlas a la memoria para que sean ejecutadas. Debe gestionar todos los recursos de la memoria para poder almacenar las instrucciones y los datos.

• 3.- Acceso a dispositivos de entrada/salida: Suministrar unos módulos específicos que permiten gestionar cualquier operación de E/S

• 4.- Acceso controlado a dispositivos E/S; Se va hacer mediante una gestión física y otra lógica (como se almacena la información en los dispositivos físicos.)

• 5.- Acceso físico al sistema; se controla el acceso de los recursos por usuarios ajenos y se produce un control de entrada al sistema informático.

• 6.- Detección de fallos: Debe detectar cualquier fallo a nivel hardware o en la ejecución de una aplicación, es decir, a nivel de software. Por lo que debe identificar la causa.

• TEMA 2 Gestión de Archivos

• 1.- Introducción

• Campo: Un campo es el elemento de datos básico que maneja el usuario con un mismo tipo de datos. Se caracteriza por su longitud y el tipo longitud puede ser:

• - fija

• varios subcampos (nombre del campo, longitud del campo que viene a continuación y datos

• - variable

• inclusión de separadores especiales (indican que se ha terminado un dato) normalmente los SO no soportan los campos de longitud variable

• Registro: Conjunto de campos relacionados que son considerados como una unidad por parte de los programas de aplicación (Campos de un determinado alumno)

• fija (todos sus campos son de longitud fija)

• Longitud

• Al menos un campo es variable

• Variable

• Existe un número variable de campos (Con esta posibilidad los SO asignan un nombre

• Bases de datos: Es un conjunto de datos que están relacionados gracias a la utilización de varios archivos.

• Los SO deben reconocer o identificar lo que son archivos de texto y los binarios (para evitar que los usuarios impriman un archivo binario)

• Archivo: Colección de registros similares (todas los registros son del mismo tipo)

• Programa binario ejecutable

• Archivo

• Texto (Conjunto de caracteres)

• Datos

• (Usuario)

• Binarios (NO ejecutables)

• - Imagen (Datos de los puntos de la imagen)

• - Sonido (Muestras de la amplitud de un det. tiempo)

• Los archivos poseen un nombre y unas propiedades (tipo, fecha, dueño, longitud, ... ) Existen tantos tipos de archivos como contenidos posibles. Los usuarios y aplicaciones accederán a estos archivos mediante el nombre del archivo. El SO hace referencia de otra forma mediante un identificador (MS DOS mediante un nº entero).

• Para dar permisos a los accesos en principio siempre se hace a nivel de archivo, los SO actuales ya lo hacen a nivel de registros.

• Los archivos se almacenan en términos de bloques, unidad de almacenamiento secundaria. Podemos entender un bloque como un lugar de almacenamiento físico. Normalmente todos los bloques son del mismo tamaño, y por ello entonces un bloque o registro físico contendrá varios registros lógicos.

• El numero de registros lógicos en un bloque; depende de:

• - El tamaño del registro lógico.

• - El tamaño del bloque físico.

• - La Técnica de empaquetamiento.

• Un archivo para el SO es una secuencia de bloques físicos. (Por ello, siempre se va a desperdiciar la última parte del último bloque) Es la denominada Fragmentación Interna, sufrida por todos los SO.

• En cambio, la Fragmentación Externa, es cuando el archivo esta compuesto por bloques físicos no consecutivos, provocando con ello una perdida de tiempo.

• Elementos Fundamentales para organizar y localizar Archivos.

• 1.- Directorio de Dispositivos: Es específico de cada unidad o dispositivo de almacenamiento. Se almacenan todas las propiedades físicas de los archivos.

• 2.- Directorio de Archivos: Organización lógica de archivos, que se extiende a todos los dispositivos.

• Operación con archivos

• 1.- Creación: - Creación de espacio.

• - Entradas de directorio.

• 2.- Escritura: - Llamada al sistema (nombre u operación).

• - Localización en directorios.

• 3.- Lectura: - Llamada al sistema (Archivo o Posición de memoria).

• - Posición de lectura.

• 4.- Reinicialización - Poner la posición (de lectura) a 0.

• 5.- Eliminación - Liberar espacios.

• - Eliminar las entradas de directorio.

• Hay dos métodos de acceso a archivos:

• - Secuencial: Se procesa la información en orden. Se va leyendo un registro lógico tras otro según su orden.

• - Directa: Un archivo es una secuencia numerada de bloques y no hay ninguna limitación en cuanto al orden de lectura o escritura en bloque. Es el que más se utiliza. Normalmente se asigna un numero relativo a cada bloque.

• No todos los SO soportan los dos métodos. Pero teniendo uno de los métodos, se puede emular el otro.

• Directo Secuencial

• Secuencial Directo (muy ineficiente)

• Soluciones de UNIX

• Solo considera un tipo de archivo secuencia de bytes a la que no le asigna ningún tipo de interpretación (más flexibilidad, más problemas en la gestión de archivos)

• En todos los SO la gestión de archivos se realiza a nivel de bloques.

• Archivo siempre dividido en bloques, todos de igual longitud.

• En raras ocasiones coincide el tamaño del bloque con el tamaño de los registros lógicos. El SO compondrá los bloques para tratar la información.

• Bloque 1 Bloque 2 Bloque 3 (Seis registros)

• SISTEMA DE GESTION DE ARCHIVOS

• Son el conjunto de programas que van a modelar la utilización de archivos. Ofrecen a los usuarios y a sus aplicaciones una serie de servicios para la gestión de archivos. El SO no distingue a quien ofrece los servicios de la gestión de archivos. Se utiliza un interfaz (API) para los programas de aplicación, son un conjunto de funciones que van a servir para la gestión de archivos. El usuario accede a unas aplicaciones del SO y estas a la vez acceden al API para la gestión de archivos

• Función de un sistema de ficheros

• El primer objetivo es satisfacer las necesidades del usuario, se pretende almacenar información y poder realizar una gestión u operaciones sobre la información almacenada.

• La primera vez que se accede a un archivo, el SO opera unas estructuras para modificar el archivo y por tanto se dice que el archivo está abierto y cuando se sale se dice que el archivo está cerrado.

• Acceso controlado a los archivos, se establecen una serie de permisos para el acceso a los archivos.

• Intercambio de información entre archivos.

• Copias de seguridad. Se deben ofrecer mecanismos de copias de seguridad, almacenamiento en otros soportes físicos y recuperarlos luego en su estado original.

• El usuario debe ser capaz de acceder a un archivo de forma simbólica, es decir, con un identificador del archivo como el nombre del mismo. Todos los archivos que están abiertos tienen un código de archivo único, es decir, utilizan un número para identificar al archivo, pero solo es utilizado por el SO.

• Otras funciones secundarias

• Además un sistema de archivos, debe de ser capaz de gestionar todo aquello que potencie y haga mas eficiente la gestión de archivos. Tanto para el usuario como para el SO

• Debe ofrecer soporte de E/S, en distintos dispositivos.

• Soporte de múltiples usuarios, cuando varios usuarios intentan acceder al mismo archivo es SO debe elegir cual de los usuarios puede acceder al archivo.

• Todo Sistema de archivos debe minimizar la pérdida de información que se produzca y recuperar la mayor parte de información que se haya perdido.

• ARQUITECTURA DE UN SISTEMA DE ARCHIVO

• Arquitectura Software de un sistema de archivos

1.- Métodos de Acceso

2.-E/S Lógica

3.- Supervisor básico de E/S

4.- E/S Física (Sist. Arch. Basicos)

5.- DRIVERS

• Drivers: En el nivel inferior esta formado por controladores de dispositivos (van a permitir operaciones de E/S específico de cada dispositivo; cada uno de los bloques de los controladores de dispositivos debe ser capar de iniciar el proceso de E/S y procesar la terminación de la E/S). Considera a la información como una sentencia binaria.

• Nivel E/S Física: Interfaz primaria con el exterior del sistema informático. Aquí se empieza a tratar la información como bloques. Deben de ser capaces de gestionar toda la memoria intermedia que se está utilizando y la asignación de la memoria secundaria de los bloques de los archivos, y se encarga de gestionar buffers en memoria.

• Las dos partes suelen ser parte del SO

• Supervisor de E/S: Es el primero que considera la información como archivos. Se encarga de inicializar y finalizar la E/S de archivos; es el que se encarga de establecer las estructuras de control de procesos E/S. Estas estructuras de control tienen las siguientes funciones o técnicas:

• 1.- Selección de dispositivos físicos; en cual de los dispositivos físicos se almacena la información.

• 2.- Planificación de acceso; varios usuarios utilizan el sistema de archivos y utilizan varios archivos por lo que será necesario en que orden se accede a los archivos.

• 3.- Asignación de buffers; (zonas de almacenamiento interno de información.

• En la inmensa mayoría de los sistemas forma parte del SO

• Sistemas de E/S lógica: Aquí todas las operaciones se realizan con registros.

• Métodos de acceso: Los métodos o formas que tiene el usuario para acceder a la información de los archivos, hay cinco métodos de acceso:

• Organización de Archivos: es la estructura lógica de los registros que viene determinada por el mecanismo de acceso a dichos archivos, la organización física es la estructura física de un archivo en un dispositivo de almacenamiento físico.

• 1.- Pila: Es la forma más simple de organizar la información en un archivo, se caracteriza por:

• Uso variable de registros

• Conjunto de campos diferentes o de distinto orden, La identificación de campos se realiza con campos identificadores, o con delimitadores especiales.

• No existe ningún tipo de estructuras, por lo que toda operación de búsqueda se realiza de forma completa.

• Se utiliza para recoger información o datos que no se conocen y antes de procesarlos se almacenan en pilas.

• Es el mejor que utiliza el espacio de almacenamiento.

• 2.- Archivos secuenciales: Es la forma más común. Se utiliza en cualquier SO. En este caso tenemos un formato fijo de los registros, por lo que los registros tienen la misma longitud y están en el mismo orden. Unicamente se almacenan datos. Uno de los campos de los registros, es el llamado campo clave que tiene funciones de búsqueda, el campo clave de cada registro es único y sirve para identificar el tipo de registro, pero tiene baja eficiencia en la búsqueda de registros individuales ya que se deberán buscar registro a registro, por lo tanto, para que se realice más rápido el proceso se almacenará en memoria. La organización lógica del archivo coincide con la física. Los archivos de la pila (log file), cuando se añade un nuevo registro se utiliza un archivo adicional donde se almacenan los cambios. Se utiliza un archivo de pila para insertar los nuevos datos.

• 3.- Archivo secuencial indexado: Se tiene un conjunto de registros igual que antes, pero ahora se añade un índice y un archivo de desbordamiento (over flow). El archivo índice se utiliza pata hacer búsquedas y posicionamientos en un lugar próximo al registro que se está buscando en principio es un archivo en el que todos son registros y están disponibles desde el archivo principal. El archivo índice tiene unos campos claves que tienen unos punteros hacia los registros del archivo principal. Primero se busca el ínfimo de la clave del archivo principal, y se busca a partir de ahí.

• Ej: Se tiene un archivo principal con 10^6 de registros, para acceder un dato de forma secuencial se necesitarán por término medio 5*10^3 búsquedas o accesos. Pero con este método, se de utiliza el índice de 2000 elevados con sus punteros cada grupo de registros estará formado por 500, por lo que el promedio de búsquedas o accesos son de 250, por lo tanto se realizarán 1250 accesos incluyendo los del índice y las del archivo principal.

• El número de elementos del archivo índice es lo más similar posible al número de elementos que hay en cada una de las divisiones del archivo principal generadas por el archivo índice. Utilizando la misma técnica se puede utilizar otro archivo de índice secundario y de esta forma me interesa que el numero de registros a los que se acceda sea el mismo por término medio.

• A una estructura de archivo (indexado, secuencial indexado, etc..) podemos acceder de dos formas

1.- Para procesar todos los elementos de un archivo, se va accediendo a cada registro y si tiene enlace con el archivo de over-flow se sigue hasta el final y luego se continua con el principal.

2.- De forma aleatoria.

4.- Archivos indexados: Para buscar elementos con un campo clave existen otros tipos de búsquedas en las que podemos elegir cual va a ser el campo clave. Generamos un archivo de índice para cada tipo de campo que pueda ser objeto de una búsqueda (varios campos claves). En este caso no existe secuencialidad (no es necesario un orden relativo en el archivo principal por no existir un único campo clave.

Se pueden dar dos tipos de índice

1.- Global y exhaustivo (hace referencia a cada uno de los elementos para poder garantizar que cada uno de los elementos esté referenciado por alguno, al menos, de los índices.

2.- Indice de tipo parcial (hace referencia a todos aquellos elementos donde pueda existir el campo clave)

Puesto que la estructura principal no tiene orden, me permite usar registros con número de campos distintos. Puesto que no hay secuencialidad.

Un problema que se presenta es la inserción de elementos, en este caso hay que actualizar cada uno de los registros de los índices y esto consume mucha CPU y tiempo.

5.- Hash (dispersión o directo)

En lugar de utilizar un archivo índice se utiliza una función generadora de tal manera que yo indica el registro que quiero leer (reg. 50) y éste le aplica la función hash que me devolverá una posición cercana al elemento que queremos buscar. Tampoco existe secuencialidad. Se numeran los registros de la tabla principal.

Ej.

Función hash: (número MOD 8)

Queremos introducir el 50 50 MOD 8 = 2

Insertaremos el elemento en esta posición si no hay ningún elemento

Ponemos el puntero del registro a nulo.

Queremos introducir el 74 74 MOD 8 = 2

Como dicha posición ya está ocupada se introduce en el over-flow y se actualizan los índices. Si a su vez el registro de over-flow esta ocupado, en este caso se añade también a otro y se actualiza el índice hasta ese otro nuevo elemento.

Con esto se reduce notablemente el proceso de actualización de índices y será más cómoda la inserción.

Se utilizan normalmente para DBMS por ser muy rápido y eficiente.

DIRECTORIOS

Tabla de símbolos que me permiten organizar archivos (datos físicos). Asocia el nombre dado por el usuario con los archivos.

En casi todos los SO se establece normalmente una estructura jerárquica entre los distintos directorios. (Concretamente de tipo árbol simple).

Los archivos de tipo directorio normalmente son archivos de tipo secuencial.

Operaciones que normalmente utilizaré.

• De búsqueda DIR *.txt Utilizar un método anteriormente explicado.

• Creación de archivos (Deberá ser capaz de actualizar el archivo directorio con los mecanismos anteriores.)

• Eliminación (física del archivo y se la referencia que hay dentro del directorio)(

• Listado (Mostrar todos los aspectos visibles)

ESTRUCTURAS DE TIPO DIRECTORIO (5 TIPOS)

(1) Directorio de un nivel Únicamente utilizamos un sólo directorio, todos los archivos están en un único sitio.

Ejemplo: Los archivos mapeados (en casi todos los SO menos en MS.DOS), en un directorio tenemos la lista de todos los dispositivos.

En los sistemas Multiusuario debo garantizar que no hay otro archivo con el mismo nombre (DOS 11 caracteres, UNIX 255 caracteres)

Se utiliza únicamente para la organización de dispositivos.

(2) Directorios de 2 niveles

El primer nivel es el directorio de archivos principal MFD (Master File Directory) y el segundo nivel es el directorio de archivos del usuario UFD (User File Directory)

En este caso me da igual que los usuarios tengan el archivo con el mismo nombre.

El problema que se plantea es el del programa de administración que será quien me va a permitir que cuando llegue un usuario nuevo me cree un nuevo usuario con un UFD vacío.

¿Qué pasa si en el sistema Multiusuario necesitan trabajar entre dos usuarios?

Con esta estructura no es posible compartir un archivo entre varios

¿Qué pasa con los archivos del SO?

En casi todos los sistemas UNIX se crea el usuario 0 que va a contener todos los comandos del sistema, se salta un poco todos los sistemas de protección y cada usuario trabaja con su UFD pero cuando no se localiza lo que se está buscando el sistema le da acceso al UFD del usuario 0 que es donde están todos los archivos de sistema.

Aparece el concepto de Vía de acceso que se refiere a la forma de localizar un archivo.

(3)Estructura en árbol.

Siempre va a haber un Directorio base en el caso de MS_DOS es raíz. A partir de éste se crean los demás. Todos los archivos directorios van a tener siempre el mismo formato. Dentro de este formato se observa un campo para distinguir si se trata de un archivo de tipo normal o de tipo directorio.

Aparece el concepto de directorio actual y cada usuario está trabajando en un punto determinado (su directorio actual)

Las formas para llegar a un archivo son dos:

notación relativa (Como encuentro el archivo a partir del directorio actual)

notación absoluta (A partir del directorio raíz)

(4)Directorio con estructura. Grafos Acíclicos

Se utiliza para solucionar el problema de la estructura de directorios simple.

Con la estructura anterior debía de dar permiso al usuario2 para que tenga acceso a los archivos del usuario1.

Con esta estructura el usuario2 va a tener la sensación de tener ese archivo en su propio directorio.

Tratamos de compartir archivos sin que haya dos copias físicas del mismo de forma que los cambios que se den, los ve automáticamente el otro.

En UNIX se utiliza el concepto de enlace o Link, partimos siempre de que existe una copia física del archivo y en el momento en el que otro usuario quiere compartir ese archivo se añade en el directorio del otro un enlace.

Otra posibilidad como en el SO VMS Duplica la información de directorios (No va a haber diferencia entre el original y la copia).

(5)Estructura de grafo general

Se pueden hacer múltiples referencias a un archivo y pueden haber ciclos. Es posible establecer referencias para compartir archivos y directorios.

Es la estructura más genérica pero pocas veces se implementa por la complejidad.

El problema principal es que no es posible detectar referencias propias. Puede ser que un archivo o directorio haga referencia a si mismo.

Puede darse el caso de que exista más de una referencia a un archivo que físicamente no esté localizable.

GARBAGE COLLECTOR (Recolector de basura.)

Consiste en un método para crear archivos candidatos a ser borrados .

Se visita el árbol de directorios y se marcan todos los nodos por los que paso y compruebo que tienen contenido físico.

Se pasa de nuevo y se marcan aquellos nodos que no hacen referencia a ningún archivo (estos serán los candidatos a ser borrados.)

A nivel de usuario me interesa más esta estructura ya que no me pone restricciones. A nivel se SO interesa mucho más la estructura acíclica (4)

Mecanismos de protección

1.- NINGUNO (Ningún permiso de acceso a un archivo.)

No vemos los directorios donde están los archivos.

Si pudiéramos verlos el archivo no existiría

En el supuesto de que sepamos que puede existir no tenemos acceso.

2.- LOCALIZACION

Se conoce la existencia del archivo

Conoce permisos

3.- EJECUCION

Se puede leer para llevarlo a memoria pero no es posible copiarlo.

4.- LECTURA

Se permite acceder al contenido del archivo para proceso de lectura, copia, envío a otro usuario, ejecutado.

5.- ADICION

Se permite modificar el contenido del archivo (únicamente añadir)

6.- ACTUALIZACION

Ya tengo acceso para modificar cualquier parte del archivo.

7.- CAMBIO DE DERECHOS

Se entiende que somos los dueños del archivo. Cada archivo tiene sólo unos derechos de acceso.

8.- DERECHO DE ELIMINACION

Sólo el dueño propietario puede eliminar físicamente el archivo.

Cuando dos usuarios tienen el mismo mecanismo de protección (ej. Actualización) se establecen Bloqueos a nivel de registros.

Bloqueos Agrupación Registros.

Registros El usuario trabaja con estos registros.

Bloques El SO trabaja con estos bloques.

Registro: Unidad lógica de acceso a archivos

Bloques: Unidad mínima de E/S en dispositivos de almacenamiento secundario.

La misión de los procesos de E/S consiste en agrupar registros en bloques. La utilización de bloques de tamaño fijo es la más utilizada por su simplificación.

Utilizaremos Buffers en memoria principal, también de tamaño fijo (Clúster en MSDOS)

Permite también utilizar la organización de bloques de memoria secundaria. (Sectores en MSDOS).

¿Qué diferencia de tamaño hay que tomar para agrupar registros?

Según los archivos que vallamos a tratar.

Para bloques de datos se produce fragmentación interna y se desaprovecha espacio.

En algunas circunstancias puede ser bueno, por ejemplo en bloques de muchos registros ya que en una sola operación de E/S leo muchos registros.

Por norma general utilizaremos el grande cuando utilizamos acceso secuencial. Para accesos aleatorios sólo convienen tener bloques grandes cuando existe proximidad entre los registros.

En accesos secuenciales por término medio el tiempo de transferencia de E/S es menor cuanto mayor es el tamaño del bloque siempre y cuando exista localidad referencial.

Mejor opción (Tardo más en buscar los bloques que en acceder a los registros.)

Peor opción (Tiempo de acceso tarda más que el de transferencia.)

MECANISMOS DE AGRUPACION DE REGISTROS. (3 Métodos)

1.- Utiliza siempre registros fijos.

En cada bloque hay siempre un número de registros fijos sin particionar (enteros), el tamaño del bloque no tiene que ser igual al tamaño de los registros. Si sobra espacio sobra en todos los bloques.

2.- Registros variables por tramos.

No hay espacio libre en los bloques. Debo utilizar únicamente punteros que me enlacen los registros.

3.- Registros variables sin tramos

Son registros de longitud variable que no se dividen en ningún caso.

El caso (2) es mucho más eficiente que el (3) en el término de aprovechamiento del espacio.

• Pero es más difícil de implementar.

• Actualización de registros individuales más complejo

• En el caso de las técnica de registros variables sin tramos (3)

• Existe una pérdida de espacio considerable.

• En la técnica (3) limitamos el tamaño del registro a un bloque.

• GESTION DE ALMACENAMIENTO SECUNDARIO.

• 1.- Estructura física del disco magnético normal.

• Superficie

• Tres factores Pista / Cilindros

• Sectores

• 2.- Cabezas fijas (En una superficie tiene tantas cabezas como pistas)

• Cabezas móviles (Una cabezas por cada superficie)

• Tiempo de acceso (Seek time) lo que se tarda en poner el cabezal en la pista deseada.

• Factores

• Latencia (Tiempo que se tarda en llegar el sector deseado

• Para acceder a un sector específico de un disco hay que saber una superficie, una pista y un sector relativo.

• Por ello un disco puede ponerse como un array de tres dimensiones, pero desde nuestro punto de vista.

• El ordenador hace una conversión y lo pone a una dimensión; es la llamada forma de trabajo unidimensional y la unidad mínima es el bloque.

• Básicamente un nº de bloque absoluto se obtiene así:

• Nº de sector + (Nº sector / Pista) * (nº superficie + cilindro * (nº pista / cilindro))

• Nº de pistas

• EJ.

• Superfície 3

• Sector 4

• Nº cilindro 2

• Haciendo un acceso secuencial no hay que hacer operación de búsqueda ya que el cabezal ya está posicionado.

• Gestión del espacio libre.

• Es preciso saber que bloques están libres, ya sean de archivos borrados o que nunca se han utlizado. Los que no se han utilizado nunca llevan un 0 en su contenido y son de fácil gestión.

• En cuanto a los borrados puede estar aún lleno, o está marcado por 0; aunque esté lleno nos permite utilizarlo.

• Hay tres técnicas de Gestión de espacio libre.

• 1.- Tabla de bits / Vector binario

• Se crea una tabla que indica cual está libre y cual no, se implementa con bit con tanta longitud como bloques, siendo “1” los ocupados y “0” los vacíos. Es muy sencillo por tanto buscar lugares vacíos; por ello es muy comercial y casi todos los procesadores del mercado llevan instrucciones BitWide.

• Aunque esta tabla debe estar siempre en memoria principal y no debe de ser muy grande. Por ejemplo 5*10^5 bloques 244Mb de disco duro y ocupa en memoria 64Kb, pero con un HDD de 466 daría un 1Mb de memoria algo inaceptable en un PC normal; Por ello parte o toda esta tabla debe estar en el HDD con su correspondiente retardo.

• 2.- Listas enlazadas

• Se encadenan las secciones/Bloques libres dentro de la unidad de almacenamiento (Un bloque libre se enlaza al siguiente mediante un puntero y así con todos.). El único problema es cual es el primer bloque vacío; Los nuevos bloques vacios se añaden al final de la lista (aunque no estén secuencialmente) lo que no permite buscar bloques vacíos continuos; Ordenarlos es un buen trabajo para un SO.

• Se crea una tabla de asignación de disco, que hace que para ir a un bloque hay que pasar por todos los anteriores vacíos.

• (2b) Técnica de utilización de número de bloque contador.

• Implementa una lista de grupos de bloques vacíos contiguos del disco que se mantiene en memoria. Esta tabla será menor en memoria cuanto más bloques consecutivos libres halla; precisará el puntero del 1er bloque de la tabla que ya esta señalará al otro (7 3 estará vacío el 7,8,9). Ya entonces guardar información secuencialmente será mas rápido. Este método es mas eficiente cuanto mayor sea el grado de consecutividad.

• 3.- Agrupamientos (Groupings)

• Se toma el 1er bloque libre y en el se almacena un conjunto de elementos n que son direcciones de bloques.n-1 direcciones se corresponden con direcciones de bloques libres y la última dirección es un puntero al siguiente bloque o grupo descriptor.

• No se depende ya de bloques enlazados y no habría problemas por sectores defectuosos. Los bloques descriptores no tienen por que ser contiguos; además accediendo a un bloque descriptor tenemos localizados muchos bloques vacíos, y podemos ver si son o no consecutivos. Los bloques descriptores estarán marcados y no podrán ser utilizados.

• Asignación de archivo

• Existen dos métodos para asignar espacio a un archivo:

• PREVIA: sabemos de antemano el tamaño máximo del archivo a introducir / crear, se le asigna el nº de bloques máximo. Es poco aconsejable de todas formas saberlo y nos da un desaprovechamiento grande del disco.

• DINAMICA: se asigna espacio conforme va siendo necesario, se asignan pequeños bloques, llamados secciones (Clusters en MSDOS)

• Estas secciones para su tamaño tenemos dos opciones:

• Hacer un tamaño por exceso, para todo el archivo.

• Hacer una sección idéntica a un bloque del disco.

• Por exceso, es muy eficiente en cuanto a transferencia E/S, leemos todo el archivo con un acceso. Esto tiene un problema de fragmentación interna por se los archivos ocupan menos. Permiten reducir la tabla de asignación de archivos (FAT).

• Sección = bloque, el aprovechamiento de espacio es superior, reduciendo la fragmentación interna, pero tenemos la tabla de asignación mayor posible. Perdemos la posible contigüidad.

• Para optimizar se crean bloques contiguos y de tamaño variable, esto dará fragmentación de espacio libre, para suavizar esto hay tres alternativas.

• Elección del primer hueco (first fit) elegimos el primer grupo de bloques contiguos libres con tamaño suficiente para nuestras posibilidades. Es la opción más cómoda pata el SO pero la más ineficiente al crear mucha fragmentación.

• Mejor hueco (Best fit) Buscar el grupo de bloques contiguos en el que tendría menor impacto la fragmentación de espacio libre y si es posible nulo. Es muy lento.

• Hueco más próximo (Nearest fit) Se coge el grupo de bloques contigüos libres mas cercanos a los que se han asignado previamente. Queremos que la información de un mismo archivo esté lo más cerca posible y si se puede contigüos; sea a la larga menos eficiente en cuanto a fragmentación.

• La elección de estos métodos dependerá de muchos factores el tamaño medio de archivos, planificación del disco, etc..

• Asignación contigua

• A cada archivo se le asigna un conjunto de bloques contiguos en disco, para aprovechar la ordenación lineal de los bloques. Para esto precisaremos la dirección del 1er bloque y la longitud del archivo en bloques. d n d d+1 … d+n-1 sería la ocupación.

• La tabla de asignación de archivos tendrá una sola entrada por cada archivo e información de la dirección absoluta del primer bloque y su longitud.

• Es el más eficiente para acceso secuencial ya que facilita la transferencia de todos los bloques a la vez y simplifica la localización de bloques individuales.

• Como desventaja esta la gran fragmentación externa que crea, ya que físicamente hay espacio libre suficiente para el archivo que estoy creando pero no es posible asignar dicho espacio por tratarse de bloques no consecutivos.

• Otra desventaja es la dificultad de encontrar un bloque de grupos contiguos que nos permitan hacer la asignación.

• TEMA 3 Gestión y administración de archivos

• Un proceso es un programa en ejecución y una actividad asociada.

• La actividad de un programa se refleja en los datos que esta utilizando (variables) luego una parte importante del programa sería la sección de datos y la pila sería otra parte importante (almacena datos temporales y sobre todo me permite gestionar procedimientos o subrutinas) en la que se almacenan las direcciones de retorno a los puntos donde se realizan las llamadas.

• Lo normal son los sistemas multiprogramación y el SO debe gestionar los procesos para que no utilice demasiados recursos en el sistema multiprogramado, da por tanto la sensación de que se están ejecutando varias aplicaciones al mismo tiempo.

• ¿Como se hace?

• Todos los procesadores del mercado tienen un PC (Program counter = contador de programa) que almacena una dirección de memoria que indica cual es la posición de la siguiente instrucción que se va a ejecutar.

• Si tengo en un sistema varios procesos, si en PC tengo una dirección comprendida entre a y b estaré ejecutando P1 y así sucesivamente.

• a---b c---d e---f

• ¿Cuándo debo de cambiar de proceso? }

• ¿A que proceso debo cambiar? } *

• A lo largo del tiempo se pueden ir cambiando a direcciones de distintos procesos (se entiende por proceso, las instrucciones de un único programa).

• El SO conmuta entre procesos (Planifica los procesos).

• ¿Qué hace el SO en relación a los procesos?

• Planifica Procesos (*)

• SO

• Gestiona o asigna recursos físicos o recursos lógicos.

• Puede ser que el proceso 1 y el 2 estén utilizando el mismo dispositivo.

• Cuando cambiamos de un proceso a otro de debe guardar antes el estado por el que iba anteriormente el proceso.

• P1 P2 P3

• Micro Procesador E/S Memoria Principal

• El P1 es el que se está ejecutando en este momento, está ejecutando código que esta en memoria principal. (El procesador solo puede ejecutar código que está en la memoria principal). Y además, está utilizando un dispositivo de E/S.

• El P2 esta esperando a que P1 libere el recurso de E/S. Aunque no se está ejecutando en este momento el programa está en memoria principal luego esto nos indica que el sistema tiene suficiente memoria.

• El P3 esta en memoria virtual, esta en almacenamiento secundario, esperando a que haya más memoria.

• ¿Qué elementos intervienen en un proceso?

• Estructuras de control de procesos.

• Programa: El propio código que se está ejecutando.

• Zona de datos: Espacio de trabajo o zona de datos.

• Pila: Para gestión de datos temporales y gestión de llamadas a funciones.

• Atributos: Son todas aquellas estructuras que necesita el SO para gestionar el concepto de proceso (también se denomina bloque de control de proceso).

• Todo sumado forman la denominada Imagen del proceso.

• En sistemas operativos simples la imagen es un conjunto de direcciones contiguas secuenciales que se definen en una dirección de memoria de comienzo y otra de fin.

• Almacenada siempre en memoria secundaria (HDD) y solo estará en memoria principal cuando se le asigne el momento. En memoria principal estará al menos siempre los atributos (Bloque de control de procesos).

• En UNIX no es necesario que la imagen sea contigua (si se trata de bloques de longitud fija (se llaman páginas), si son de longitud variable (se llaman segmentos).

• Hoy en día en sistemas operativos de hace dos años atrás se está utilizando una hibridación de ambos métodos. (Se denomina paginación segmentada o segmentación paginada).

• ¿Que tipo de información es lo que denominamos un bloque de control de proceso?

• Es la estructura más importante que maneja el SO en relación al control de proceso.

• Básicamente tres tipos de información.

• 1.- Identificadores

• 2.- Estado del microprocesador (contador de programa y registros)

• 3.- Información de control.

• (1)

• Cada proceso tiene un único identificador dentro de un sistema. Este identificador va a aparecer en otras estructuras de SO (Gestión de memoria, gestión de E/S)

• Subproceso: Proceso creado por otro.

• Proceso: un proceso antecesor.

• (2)

• En cuanto al estado del microprocesador se almacena el contenido de los registros (de usuario y de control)

• Aquellos que tienen que ver con el usuario (Registros de datos y direcciones)

• Información hardware contador de programa PC modo de ejecución.

• Interrupciones, pilas, indicadores (resumen el estado de funcionamiento del procesador, ej: si hay un desbordamiento, si … Toda esta información suele almacenarse en un solo registro denominado Program Status Word)

• (3)

• Información de control

• Prioridad del proceso (sirve para diferenciar el grado de inmediatez que necesita un proceso)

• Elementos de comunicación entre procesos IPC (Intercom….)

• Privilegios asociados a un proceso que modo de ejecución, zona de memoria, etc… que puede utilizar.

• Elementos de gestión de memoria se almacena toda la información de todos aquellos segmentos o páginas que están siendo utilizados por el proyecto.

• Concepto de

• Cambio de proceso

• Cambio de contexto

• Cambio de proceso Es una operación mucha mas complicada que un cambio de contexto.

• ¿En que condiciones se produce un cambio de proceso o uno de contexto?

• 1.- Acto físico de sustituir el proceso que se está ejecutando por otro proceso que este en espera.

• Estados de un proceso

• Nuevo: Acaba de entrar en el sistema y no tiene las estructuras de control definidas

• Listo: Ya tiene las estructuras de control definidas y esta a la espera de ser ejecutado

• Ejecución: Ya tiene el control del procesador

• Bloqueado: Esta en espera de que se le asigne un recurso distinto del procesador

• Terminado: Un proceso que ya no se va a seguir utilizando.

• Paso de ejecución a estado listo }

• Paso de estado listo ejecución. } Esto es el cambio de proceso.

• a) ¿Qué puede dar lugar a un cambio de proceso?

• Que aparezcan interrupciones (Causas externas (imprevisibles = asíncronas) al programa)

• ej. Interrupciones del reloj = en intervalos de tiempo especificados el reloj del sistema genera una interrupción y esto se aprovecha como temporización.

• Interrupciones de E/S = Una impresora que antes estaba ocupada ahora esta lista esperando el dispositivo. El SO es el que tiene que notificarlo a cada uno de los procesos bloqueados.

• Interrupciones por fallo de memoria = Memoria virtual (memoria física + memoria secundaria) Si tengo un sistema que accede a una parte de memoria que está en disco, debo antes copiarlo en la memoria física.

• b)TRAPS (Cepos) interrupciones generadas por el propio proceso, internas.

• c)Llamadas al supervisor

• ¿funciones o acciones que deben llevarse a cabo para ordenadamente realizar un cambio de proceso?

• 1.- Salvar el contexto del microprocesador

• 2.- Actualizar el BCP (Bloque de control de proceso) de ejecución a (detenido, bloqueado, listo)

• 3.- Mover el BCP a la cola de proceso apropiada.

• 4.- De todos los procesos que estén en la cola de procesos listos hay que escoger uno (a esto se le llama planificación).

• 5.- Actualizar el BCP del nuevo proceso

• 6.- Modificar todo aquello que implique un cambio en el sistema de gestión de memoria.

• 7.- Volver al contexto 1

• ALGORITMOS DE PLANIFICACIÓN DE PROCESOS.

• (1) FCFS (First come first serve)

• Cuando un proceso nuevo llega al sistema pasa a una cola de tipo FIFO. Cuando un proceso termina se coge el primero que entró a la cola y se pasa a memoria. (Cada proceso pasa una sola vez por el procesador).

• Esta técnica funciona mucho mejor cuando todos los procesos de la cola son de larga duración. Si son una mezcla de cortos y largos, funciona bastante mal. El tiempo medio de espera se va a incrementar.

• Tiempo de espera: Tiempo que transcurre desde que un proceso entra en la cola hasta que es servido.

• Tiempo de retorno: Diferencia de tiempo de fin de ejecución y llegada al sistema.

• (2)Planificación con prioridades:

• Cada proceso que entra al sistema tiene asignada una prioridad (definida por el sistema operativo o por el usuario (causas externas)

• En este caso se coge siempre el proceso de mayor prioridad.

• (3)Turnos compartidos.

• El sistema recibe interrupciones en intervalos fijos de tiempo y asigna un intervalo de tiempo prefijado a cada proceso.

• Cuanto de tiempo: Tiempo que permanece el proceso

Esta técnica favorece a los procesos cortos.

N procesos

1q 1ms

1/n de la velocidad efectiva del procesador (Estoy compartiendo el tiempo de la CPU)

El rendimiento depende muy fuertemente del número de cuantos que se asignan a cada proceso.

(4)SPN (Short test Process Next) (Primero el proceso más corto).

Se hace una estimación de cuanto tiempo va a necesitar cada proceso de la cola (nunca so sabrá con antelación si será correcta o no)

Para calcular el tiempo estimado se utiliza una fórmula denominada Promedio exponencial (Libro)

(5)SRT (Short Test Remaining Time) (El tiempo restante más pequeño)

Un proceso se está ejecutando y tarda 10ms cuando voy por el 2do milisegundo (aún quedan 8ms) entra otro proceso que tiene un tiempo estimado de 4ms luego se le da acceso.

(6)HRRN (High Response Ratio Next)

RR=W+S / S

WTiempo consumido esperando el procesador.

S Tiempo de servicio o duración estimada

El candidato es el que de un mayor valor.

(7)Colas Multinivel

A

B

FCFS

FCFS

FCFS

FCFS

TR

Todas FCFS excepto la última que es de turnos aleatorios. Permite asignación dinámica de turnos de prioridades.

El proceso entra (siempre a la cola 0)

Entra otro proceso B. Se ejecuta A el cuanto de tiempo que se haya asignado. Si en ese tiempo no se ha terminado A, se pasa a la segunda cola. Si es proceso B agota el tiempo asociado desciende un nivel.

Si llegamos al final, ya no se pasa a otra cola, sino que se realizan turnos rotatorios.

Este sistema favorece a los procesos cortos y recientes.