SISTEMAS OPERATIVOS

SISTEMAS OPERATIVOS

Elementos que Integran un sistema computarizado

CPU Memoria Periféricos

Bus

CPU.

Ejecuta los programas almacenados en la memoria .

Efectúa cálculos lógicos y artiméticos.

Se encarga de controlar a los demás componentes.

Memoria RAM.

Almacena los programas y los datos que van a ser procesados por la CPU.

Periféricos.

Comunica la CPU con el mundo exterior desde donde envía y recibe datos.

Bus

Comunica eléctricamente las tres partes de la computadora.

Equipos simples.Con un único programa se accede a la memoria y a uno o más periféricos de simple control. Los programas son escritos una única vez.

Software

Hardware

Equipos Complejos.Pueden ejecutar varios programas.Deben controlar elementos hardware diverso y de alta complejidad (unidades de disco, pantallas, etc. que el control de los mismos depende de los fabricantes).Deben administrar seguridad de datos y accesos.

Para facilitar el manejo y la programación de los sistemas computarizados complejos se introduce el concepto de Software de Aplicación y de Sistema Operativo.

Software de Aplicación

Sistema Operativo

Hardware

La aplicación efectua una Llamada al

Sistema Operativo

El Sistema Operativo

interacciona con el

hardware

El hardware devuelve al S.O

lo solicitado.

El S.O lo envía a la aplicación

ESTRUCTURA DE UN SISTEMA OPERATIVO

Hardware

Núcleo (Kernel)

Llamadas al Sistema

Conjunto de funciones que hacen de interfase entre una aplicación y las llamadas a las funciones del núcleo.

Conjunto de funciones del SO que trabajan en modo protegido y que son ejecutadas a través de las funciones de la capa anterior

El manejo del hardware se realiza únicamente en modo protegido

Shell Aplicaciones

Shell. Es un programa utiliza el sistema operativo para ejecutar tareas de mantenimiento y administración, lanzar programas, etc. Se carga y ejecuta inmediatamente después que se inicia el sistema operativo o cuando un usuario comienza una sesión. En Windows tenemos el Explorer.exe (GUI) y cmd.exe (consola), en Linux GNome, Kde, etc (GUI) y bash, sh, scs, etc (consola).

Sistema Operativo

Los microprocesadores pueden trabajar en varios modos y el SO utiliza esta propiedad de los microprocesadores para poder funcionar en dos modos:Modo kernel: se accede a todas las instrucciones del microprocesador.Modo usuario: Se accede solo a algunas instrucciones del juego del microprocesador. Todos las aplicaciones en modo usuario funcionan de la siguiente manera

OPERACION DUAL

Proceso Usuario

Ejecutando procesos de usuario

Modo UsuarioLlamada al Sistema

Kernel (núcleo)

Función del Sistema Operativo

Regreso de la llamada al sistema

Modo Kernel

QUE ES UN SISTEMA OPERATIVO?

Es un programa que manipula los recursos de la computadora los cuales pueden ser de hardware o de software.

Existen diversos tipos de sistemas operativos. Pueden clasificarse según las dimensiones del equipo.

• Integrados. Agendas electrónicas, celulares, etc.(symbian, Windows CE)• Tiempo Real. Procesos industriales.(QNX)• Computadoras personales.• Servidores.• Mainframes.

Además los SO pueden ser multi o mono usuario o multi o mono tarea de acuerdo a que puedan operar una computadora uno o más usuarios y cada usuario pueda ejecutar uno o más programas.

Trabajos del Sistema Operativo

Manipulación del procesadorCrear y eliminar Procesos.Suspender y activar a los procesos.(multitarea).Facilitar mecanismos para que los procesos se comuniquen entre si.

Manipulación de la memoria.Conocer que partes de la memoria está disponible o no.Decidir cuáles procesos deben ser cargados en la memoria y cuales deben ser desalojados.

Manipulación de los dispositivos de almacenamiento externo.Sistemas de Archivo.

Protección y SeguridadProtección. Mecanismos que permiten controlar el acceso de los usuarios y los procesos a los recursos del sistemaSeguridad. Mecanismos para protegerse de alguien que quiera violar las protecciones.

Crear y eliminar procesos.Un proceso es un programa en ejecución. Cada proceso tiene asignado un rango de direcciones de memoria minimo y máximo llamado espacio de direcciones que el proceso puede leer y escribir en ellas.

El espacio de direcciones puede llegar a ser el del direccionamiento máximo de la memoria. Por ejemplo en un sistema de 32 bits un programa puede tener un espacio de direcciones de hasta 4 GBytes. El SO divide el espacio de direcciones en páginas y las lleva a memoria cuando estas son solicitadas. (fallo de página)

Pila

Hueco

Datos

Código 0x

0xFFFF

Manipulación del Procesador


Suspender y activar los procesos.Cuando se trabaja con multitarea el SO es el encargado de asignar ranuras tiempo de ejecución para cada proceso.

A su turno un proceso es activado por el SO y se ejecuta hasta que:• Se le acaba el tiempo asignado.• Efectúa un llamado al Kernel que consume tiempo.

Un cambio de proceso implica:• Detener su ejecución.• Guardar el estado de los registros del microprocesador.• Tomar los valores de las variables, manipuladores de archivos abiertos y

sus punteros correspondientesy guardarlos en una tabla de procesos.• Restaurar los valores del proceso al que le toca continuar.


En los sistemas multitarea los procesos tienen la capacidad de crear y lanzar procesos llamados subprocesos o procesos hijos y éstos a su vez también pueden crear sus subprocesos. Estos comparten el mismo espacio de dirección y el padre lleva un rastro de quienes son sus hijos. Comunicación entre procesos

Problemas de competencia. Los procesos a veces deben compartir espacios de memoria, archivos, etc. eso hace que hayan problemas de competencia. (Qué pasa si dos procesos acceden a una zona compartida al mismo tiempo? ).Bloqueos irreversibles. Pueden darse condiciones especiales en que dos procesos se interfieran mutuamente y ambos queden bloqueados indefinidamente Por ejemplo un proceso A que esté bloqueado esperando se libere un recurso que está utilizando un proceso B, y simultáneamente B esté bloqueado esperando que se libere un recurso que está utilizando A.

Area crítica. Es la parte de un proceso donde se accede a recursos compartidos (En adelante abreviado como AC).Semáforo. Es una variable que un proceso decrementa el semáforo (down) antes de ingresar a un área crítica. Si el semáforo estaba en cero quiere decir que otro proceso ingresó al AC, en dicho caso el proceso se desactiva (“duerme”). Cuando un proceso sale del AC este incrementa el semáforo (up) y activa un proceso “dormido”. Mutex. Similar al semáforo pero solamente tiene dos estados la variable. Bloqueada o Desbloqueada. Al ingresar al AC el proceso llama a mutex_lock y al salir a mutex_unlock. Si al llamar a mutex_lock el mutex ya está bloqueado el proceso se desactiva hasta recibir un mutex_unlock.Monitores. Es una colección de procedimientos, variables y estructuras de datos que se agrupan en un tipo especial de módulo o paquete. Los procesos pueden invocar a los procedimientos de un monitor cuando lo deseen, pero no pueden acceder en forma directa a sus estructuras de datos internos desde procedimientos declarados fuera de dicho monitor.


MANIPULACIÓN DE DISPOSITIVOS

Sistema de ArchivosLos sistemas operativos se encargan de lidiar con los distintos dispositivos de almacenamiento masivo (discos rígidos, memorias flash, CD, puertos de impresoras, etc ) y le presentan al usuario un modelo simplificado del manejo de todos ellos. En todos los medios el usuario almacena los datos bajo la forma de archivos en directorios (o carpetas) y para trabajar con ellos crea, abre, cierra, modifica el apuntador de archivo, establece permisos, etc., despreocupándose de las características físicas (sectores, cilindros, cabezas, segundos, sectores dañados, redundancia cíclica, etc.)

Otros dispositivos.Cuando se agregan otros dispositivos a la computadora, por lo general el fabricante provee los programas necesarios para controlarlos (drivers). Generalmente estos se los ubica como complemento del kernel del SO. En Unix por lo general estos programas instalan recompilando el Kernel. En Windows se los incluye en una lista de dispositivos y se los integra al Kernel en el momento de inicio de la Computadora o cuando se lo conecta.

SISTEMA DE ARCHIVOS

Consta de dos partes:

• Estructura Lógica: Es el formato provisto por el SO utilizado como interfase por el usuario para acceder a los archivos en cualquier dispositivo de almacenamiento de datos.

• Estructuras de Directorios (Carpetas) y archivos. Por lo general jerárquicas y en forma de árbol.

• Estructuras de seguridad. Permisos de lectura, escritura, ejecución, cuotas de uso, listas de control de acceso (ACL).

• Estructura Física: Es la forma que el SO implementa físicamente la estructura lógica del sistema de archivos, o sea cómo se manejan los datos físicamente para implementar la estructura de archivos. Existen diferentes sistemas de implementar el sistema de archivos. Algunos dependen del hardware, otros no. Las implementaciones más conocidas son FAT, NTFS, UFS (Unix File System) ext1, ext2, ext3. etc.

Cuadro de Sistemas de Archivos más Comunes

Disco Duro EFS · exFAT · ext (ext2 · ext3 · ext3cow · ext4)

FAT (FAT12, FAT16, FAT16B, FAT32) ·

NetWare File System ·

NILFS· Novell Storage Services·

NTFS·

Unix File System·

Discos Opticos HSF · ISO 9660 · ISO 13490 · UDF

Flash memory / SSD

FAT · exFAT · TFAT · FFS2 · JFFS · JFFS2 · LogFS · NVFS · YAFFS · UBIFS

Distribuidos Coda · CXFS · Global File System · Google File System · OCFS · QFS · Xsan

Estructura Física de una Unidad de Disco Duro

Plato: cada uno de los discos que hay dentro del disco duro. Cara: cada uno de los dos lados de un plato. Cabeza: número de cabezales. Pistas: una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde exterior. Cilindro: conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están alineadas verticalmente (una de cada cara). Sector : cada una de las divisiones de una pista. El tamaño del sector no es fijo, siendo el estándar actual 512 bytes, aunque próximamente serán 4 KB. Antiguamente el número de sectores por pista era fijo, lo cual desaprovechaba el espacio significativamente, ya que en las pistas exteriores pueden almacenarse más sectores que en las interiores. Así, apareció la tecnología ZBR (grabación de bits por zonas) que aumenta el número de sectores en las pistas exteriores, y utiliza más eficientemente el disco duro.

Organización Genérica de un Sistema de Archivos

Los sistemas de archivo pueden prescindir de algunos de los elementos mostrados.

Bloque de Arranque. Se utiliza para cargar el Sistema Operativo si está en la partición. Está siempre presente.Superbloque. Puede estar presente o no y da información importante acerca de algunos sistemas de archivos.(tipo de sistema de archivos, numeros de bloques de la particion, etc.)Adm. de Espacio Libre. Algunos sistemas de archivos llevan una lista de sectores libres del disco. Puede estar presente o no.Nodos-i. Estructura utilizada por UNIX para describir los archivos. Los sistemas Microsoft utilizan otro tipo de identificadores de archivos

SECTOR CERO (Master Boot Record MBR)

Es utilizado para guardar el programa que permite cargar al Sistema Operativo (Gestor de Arranque) o la tabla de Particiones.

446 bytes Código máquina (gestor de arranque)

64 bytes Tabla de particiones (4 registros que definen cada una de las particiones primarias)

2 bytes Firma de unidad arrancable ("55h AAh" en hexadecimal)

Primer sector físico del disco

Registro de la tabla de Particiones

Offset Descripción

0x00 Estado

0x01 Cabezal, sector y cilindro del primer sector en la partición

0x04 Tipo de partición

0x05 Cabezal, Sector y Cilindro del último sector de la partición.

0x08(4 bytes) Logical block address (LBA) del primer sector de la partición. LBA evita direccionar los sectores de disco mediante número de pista, cabeza y cilindro.

0x0C(4 bytes) Longitud de la partición, en sectores.

Sistema de Archivos FAT (File Allocation Table)

Sector de Arranque

FATCopia 1

FATCopia 2

Directorio Raíz

Archivos y Directorios

Los bloques de disco que ocupa un archivo están escritos en una tabla llamada FAT. El primer bloque se guarda en un directorio y hace las veces de nodo de cabecera para una lista enlazada donde figura los números de bloques que ocupa un archivo. El último sector está marcado con un símbolo especial.

También la FAT lleva un registro de los espacios vacíos y los bloques defectuosos del disco.

La copia 2 es una copia idéntica a la primera y se pone por seguridad puesto que si se daña la FAT no se localizan más los archivos.

Las FAT, el sector de arranque y el directorio raíz se crean mediante el proceso de formateo.

El Directorio en los Sistemas de Archivo FAT

Entrada de Directorio del Sistema Operativo DOS

El número del primer bloque indica donde comenzar a buscar en la FAT

Búsqueda del archivo Prueba.exe mediante la FAT

PRUEBA EXE Primer Bloque 8

DF 0 9 10

16 17 FF 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

FATSector 0

Sectores / Clústeres ocupados por otros

archivos

Sector/Clúster defectuoso

Sector no utilizado

Sistemas de Archivos que Utilizan Nodos-i (UNIX)

Administración de Espacio Libre. Puede ser un mapa de bits o una tabla que indique que bloques están libres.Nodos-i. Son nodos que indican en qué bloque están los datos. Todos los nodos-i están en dicha sección.Directorio Raíz. Ídem Sistema FAT pero la estructura cambia

Localización del archivo prueba en el esquema de Nodos-i

Archivo| 25

Miarchivo 16

Prueba 7

Otrosarchivos. -

Directorio

Nodo-i 1

Nodo-i 2

Nodo-i 3

Nodo-i 4

Nodo-i 5

Nodo-i 6

Nodo-i 7

Nodo-i 8

Etc. etc.

Nodos-i

Atributos.Tamaño de archivo, hora de creación, hora de último acceso, última modificación, dueño, grupo, información de protección, conteo de números de entrada.

Bloque de datos 1

Bloque de datos 2

Hasta Bloque de datos 10

Bloque indirecto único.

Bloque indirecto doble.

Bloque indirecto triple.

Nodo-i N° 7

Esquema completo de un nodo-i

SISTEMA DE ARCHIVOS NTFS

Creado por MIcrosoft a partir de Windows 2000. Se utiliza en todos los Sistemas Operativos posteriores.

Características generales.

Cada partición es dividida en bloques (clústeres) de diferentes tamaños. El tamaño más común es de 4 KBytes.

El tamaño de cada partición puede llegar a alcanzar 16 exabytes 216 Bytes (18.000.000.000 de GBytes).

Descripción General. NTFS está basado en un único archivo llamado Master File Table (MFT) que puede estar localizada en cualquier parte del disco. El bloque donde comienza MFT está indicado en el sector de arranque de la partición y se genera cuando se la crea.

Características de la MFT

Está compuesta de registros de 1 Kbyte de tamaño.

Los primeros 16 registros contienen definiciones de NTFS como tamaño, atributos, etc. (Registros de Metadatos).

El resto muestra los bloques donde se encuentran los archivos, directorios y otros datos.

SISTEMA DE ARCHIVOS NTFS

Estructura de un registro MFT. Está compuesto de una serie un encabezado de registro y una serie de encabezado de atributos y atributos.

Como se ve un archivo en un Directorio NTFS

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