Sistemas operativos: procesamiento por lotes, tiempo real, multiprocesos y distribuidos

Sistema de procesamiento por lotes

Sistema de procesamiento por lotes. Los primeros sistemas operativos (SO) que aparecieron se conocían como SO de procesamiento por lotes (batch). Inicialmente, en los sistemas de tarjetas perforadas solo había acceso secuencial a la información, por lo que la ejecución de las tareas se realizaba línea a línea. Solo se usaba un paquete de aplicación a la vez. Los SO por lotes son secuenciales: se entregan las instrucciones, se ejecutan y luego se entrega el resultado.

Monoprogramación

Monoprogramación. Se entiende por un SO monoprogramado aquel que puede realizar un trabajo a la vez. Cuando el programa entra en proceso se apodera de la CPU y de las operaciones de E/S hasta que termina. En estos sistemas la CPU puede quedar ociosa durante operaciones de E/S (por ejemplo, mientras se imprime).

• Monoprogramable lineal
• Monoprogramable con prioridades
• Monoprogramable con tiempo de salida

Multiprogramación

Multiprogramación. En la multiprogramación, los trabajos se ordenan para que la CPU siempre haga algo, alternando entre procesos y aprovechando los tiempos de espera por E/S. Estos sistemas necesitan administración avanzada de memoria para ordenar los trabajos a ejecutar y mantener varios programas en memoria de forma simultánea.

Sistemas en tiempo real

Sistemas en tiempo real. Se utilizan cuando los tiempos de ejecución de las operaciones o los flujos de datos son muy rígidos. Usualmente se emplean como sistemas de control.

Se clasifican en:

• SO de tiempo real por hardware: Todo se guarda en memoria no volátil, como por ejemplo EPROM. No utilizan memoria virtual ni tiempo compartido (ya que esto no se puede implementar sin memoria volátil).
• SO de tiempo real por software: Son utilizados para tareas menos críticas y pueden manejar técnicas de prioridad de tareas. Sus usos son más restringidos, pero se emplean generalmente en multimedia y supervisión de procesos de control industrial.

Sistemas multiprocesos

Sistemas multiprocesos. Contienen más de una CPU. Poseen generalmente mayor potencia computacional y mayor fiabilidad. Se asigna una tarea a cada CPU; por lo general uno de los procesadores actúa como maestro, el cual controla qué instrucciones realiza cada procesador (se define una relación de maestro/esclavo).

Existen dos esquemas:

• Fuertemente acoplados: Los procesadores comparten memoria y reloj. La comunicación se realiza a través de la memoria compartida.
• Débilmente acoplados (distribuidos): No comparten ni memoria ni reloj. Los procesadores se comunican por líneas de alta velocidad o líneas telefónicas. Pueden incluir distintos tipos de CPUs (desde PCs hasta miniordenadores).

No todos los procesadores son o pueden ser del mismo tipo; se pueden utilizar pequeños procesadores aparte de la CPU principal (módems, impresoras, etc.).

Sistemas multiprocesadores simétricos: En redes locales punto a punto (PTP) cada PC contiene una copia del SO y poseen la misma importancia en la red.

Sistemas distribuidos asimétricos: En ellos cada procesador tiene una tarea distinta (se define una estructura de cliente/servidor). Los procesadores se comunican mediante líneas de alta velocidad o teléfono. Se trata de redes de computadores donde los procesadores varían de tamaño y función.

Sistema distribuido

Sistema distribuido. Algunas características de los sistemas distribuidos son:

• Compartir recursos: Se pueden utilizar los recursos de otra instalación (por ejemplo, impresoras).
• Aceleración de cálculos: Se puede dividir un cálculo en pequeñas operaciones y pasarlas a varias instalaciones. Si una instalación se sobrecarga, se pasa el trabajo a otras instalaciones (compartimiento de cargas).
• Confiabilidad: Si falla una de las instalaciones, las otras pueden suplirla.
• Comunicación: Se puede intercambiar información fácilmente entre las instalaciones.

Llamadas al sistema

Llamadas al sistema. Son una interfaz entre el programa y el sistema operativo. Estas se implementan generalmente por instrucciones en lenguaje de máquina.

Se agrupan en tres categorías:

• Control de procesos y trabajos
• Manipulación de dispositivos y archivos
• Mantenimiento de información

Procesamiento concurrente

Procesamiento concurrente. La CPU puede atender una cantidad elevada de programas alternando rápidamente entre ellos. La ejecución de dichos programas se realiza a través de procesos.

Un proceso es la unidad de trabajo de un sistema. Todos los procesos se pueden realizar en forma concurrente; es decir, la CPU puede trabajar con varios procesos a la vez, alternando rápidamente entre ellos.