Conceptos Clave de Sistemas Operativos: Estructura, Funciones y Gestión de Hardware

Estructura por Niveles de un Sistema Operativo

Los sistemas operativos modernos a menudo se estructuran en capas para gestionar la complejidad y aislar el hardware del software de nivel superior. Esta estructura incluye:

• Capa de Abstracción de Hardware (HAL):
  • Aísla el sistema operativo de las diferencias de hardware específicas de cada plataforma.
• Micronúcleo:
  • Contiene los componentes más usados y fundamentales del sistema operativo.
• Controladores de Dispositivo:
  • Traducen las llamadas a funciones de E/S del usuario a peticiones específicas para los dispositivos de hardware de E/S.

Sistemas Operativos: UNIX y Windows

UNIX

• El hardware está rodeado por el software del sistema operativo.
• El sistema operativo se denomina núcleo (kernel).
• Está equipado con varios servicios e interfaces, incluyendo:
  • Intérprete de órdenes (shell).
  • Compilador de C.

Unix: Sistema operativo monolítico.

Windows

Windows: Sistema operativo no monolítico.

Conceptos Clave en Sistemas Operativos

• PID (Identificador de Proceso): Un número único asignado a cada proceso en ejecución.
• Swap (Memoria de Intercambio): Espacio en disco utilizado para extender la memoria RAM.
• Subrutina: Un subalgoritmo que forma parte del algoritmo principal (también llamado procedimiento, función o rutina).

Funciones de un Sistema Operativo

Un sistema operativo tiene varias funciones cruciales, entre ellas:

• Controlar la entrada y salida (E/S).
• Enviar comandos.
• Recibir interrupciones.
• Tratar los errores.
• Presentar una interfaz al usuario.

Tipos de Dispositivos de E/S

Dispositivos de Bloques

• Manejan bloques de tamaño fijo.
• Permiten la lectura/escritura (L/E) de cada bloque de forma independiente.
• Cada bloque es direccionable.

Dispositivos de Caracteres

• No tienen una estructura de bloques.
• La lectura/escritura se realiza en flujos de caracteres.

Memoria y Almacenamiento

Registros: Forman parte del espacio normal de direcciones de la memoria.

Ventajas del Disco sobre la Memoria

• Mayor capacidad de almacenamiento.
• Precio por bit más bajo.
• La información no se pierde (persistencia).

Caché

Un caché es un componente que almacena datos temporalmente para que las futuras peticiones a esos datos puedan ser servidas más rápidamente.

• Caché Web: Almacenamiento de documentos web (HTML, imágenes, etc.) en navegadores, buscadores y proxies web.
• Caché de CPU: Caché utilizado por la CPU para reducir el tiempo promedio de acceso a la memoria.

Planificación de Disco

Búsquedas Solapadas

• Mejoran el tiempo de acceso.
• Permiten búsquedas simultáneas en dos o más unidades.
• El controlador puede iniciar una búsqueda mientras espera que se complete otra.
• No se pueden realizar dos lecturas o escrituras a la vez.

Algoritmos de Planificación de Disco

FCFS (First-Come, First-Served)

• Primero en llegar, primero en servirse.
• El manejador acepta las peticiones de una en una.
• Sirve las peticiones en el orden de llegada.
• No optimiza el tiempo de búsqueda.

SSF (Shortest Seek First)

• Prioridad a la búsqueda más corta.
• Utiliza una tabla de peticiones indexada por número de cilindro.
• Mejora el tiempo de búsqueda seleccionando la solicitud al cilindro más cercano.

Problemas de SSF

• El brazo tiende a quedarse en el centro en discos sobrecargados.
• Las peticiones en los extremos pueden tener que esperar mucho.
• No ofrece un servicio equitativo.

Técnicas de Optimización de Disco

Entrelazado (Interleaving)

Técnica utilizada para dar tiempo a transferir los datos del buffer interno a la memoria.

Tratamiento de Errores en Disco

Los errores en disco pueden clasificarse en:

• Errores de programación.
• Errores transitorios en el código de control.
• Errores permanentes en el código de control.
• Errores de búsqueda.
• Errores en el controlador.

Errores de Programación

Ocurren cuando el controlador recibe órdenes del manejador con parámetros incoherentes, generalmente debido a fallos en el programa. El controlador debe devolver un código de error.