Sistemes d'Informació i Evolució dels Sistemes Operatius

Conceptes Bàsics de la Informació

Informació: Conjunt de procediments interrelacionats amb els quals s'obté, processa, emmagatzema i distribueix informació per recolzar la presa de decisions i el control en una organització. És la representació de fets, objectes, valors, idees, etc., que permet la comunicació entre emissor i receptor i l'adquisició de nous documents. La transmissió d'informació entre l'ésser humà i l'ordinador pot ser en dos sentits.

Sistema d'informació: Sistema que, mitjançant el procés de dades, produeix informació.

Evolució de les Generacions d'Ordinadors

• Primera generació: Vàlvules de buit. Targetes perforades. Llenguatges de baix nivell: màquina i assemblador (s'ha de compilar).
• Segona generació: Transistors. Cintes magnètiques. Llenguatges d'alt nivell com FORTRAN i COBOL.
• Tercera generació: Circuits integrats. Les cintes magnètiques i els discos han substituït les vàlvules de buit i les memòries comencen a portar xips de silici. Sistemes operatius i llenguatges com BASIC.
• Quarta generació: Microprocessadors. Comencen a arribar les interfícies gràfiques d'usuari (GUIs).

Funcions i Definició del Sistema Operatiu

Què ha de fer un sistema operatiu: Administrar el hardware, relacionar dispositius, organitzar dades d'accés ràpid i segur, controlar comunicacions en xarxa, facilitar entrades i sortides, generar estadístiques, i compartir dades i hardware.

Sistema operatiu: Conjunt de programes, serveis i funcions que gestionen i coordinen el funcionament del hardware i el software. El sistema operatiu proporciona una interfície home-màquina que permet a l'usuari actuar sobre els elements mitjançant comandes o clics.

Evolució Històrica i Arquitectures

Monolítics: Software bàsic i difícil de modificar un cop instal·lat. Unix i Linux no són monolítics, només el seu nucli. Actualment funciona per nivells.

Explotar el SO: És com utilitza l'usuari els recursos del hardware i software del sistema. Es fa de diferents formes segons el nombre d'usuaris simultanis, el nombre de processos simultanis, el nombre de processadors utilitzant-se simultàniament i els requeriments temporals:

• Monousuari: Només un únic usuari, amb tots els recursos disponibles per a ell (ex: MS-DOS, Windows 98/ME, Windows XP).
• Multiusuari: Diversos usuaris poden executar diferents processos sobre la mateixa CPU compartint els recursos (ex: Linux, Windows Server).
• Monotasca: Només un procés; fins que no s'acaba d'executar no n'entra un altre.
• Multitasca: Diversos processos que es poden executar alhora, compartint l'ús de la CPU fins que acaba cada procés.
• Monoprocés: Quan només hi ha un processador i els treballs alternaran l'ús de la CPU (ex: Windows 9x).
• Multiprocés: Quan hi ha diversos processadors, aquests es podran anar utilitzant simultàniament.

Estructura Monolítica

Estava fonamentalment feta per un sol programa. Estava compost d'un conjunt de rutines lligades de tal forma que una podia cridar l'altra. Les seves característiques són:

• Construcció del programa final a base de mòduls compilats separadament que s'uneixen a través d'un compilador.
• No tenen proteccions ni privilegis per entrar a rutines que utilitzen diferents aspectes dels recursos de l'ordinador, com memòria o disc.
• Generalment són fets a mida, per la qual cosa són ràpids i eficients, però difícilment adaptables a segons quins llocs de treball.
• Problemes: Difícil evolució, difícil manteniment i aparició de nous problemes al solucionar-ne d'altres.

Micronucli Client-Servidor

Consisteix a tenir un nucli de mida reduïda on només hi ha programes essencials. S'intenta que la majoria de processos es tractin com a processos d'usuari; hi ha processos servidor i processos usuari.

• El client envia la sol·licitud de treball, el servidor l'estudia i la torna resolta.
• En aquest model, el nucli controla la comunicació entre els clients i els servidors.
• Avantatges: Cada part controla una tasca del sistema, té una mida reduïda i es facilita el manteniment.
• Inconvenients: Algunes funcions del SO no es poden executar si no tenen el màxim nivell de privilegi.

Gestió de la Memòria

Què fa l'administrador de memòria: Porta un registre de les zones de memòria que s'estan utilitzant. Reserva espai als nous processos, allibera espai dels processos que s'han acabat i gestiona l'intercanvi entre memòria i disc.

Sistemes Monoprogramats i Multiprogramats

Sistemes monoprogramats: Només s'executa un procés en un moment determinat a part del SO. La memòria es divideix en dues zones bàsiques (programa en execució i sistema operatiu). El SO ha de proporcionar mecanismes de protecció perquè el procés no interfereixi amb el sistema.

Sistemes multiprogramats: Permeten tenir en execució diversos processos simultàniament. Cada procés necessitarà un espai en memòria. Ha de tenir mecanismes de registre base/registre límit perquè no es violi el SO; en cas contrari, es matarà el procés. Cada execució d'un procés es pot carregar a partir d'una posició en memòria diferent, per la qual cosa cal un mecanisme de reubicació d'adreces lògiques:

• Solució SW: Reassignació d'adreces en la càrrega del procés.
• Solució HW: Recàlcul amb un circuit combinacional (Unitat MMU).

Quan un programa es compila i s'enllaça, l'enllaçador dóna una adreça a l'inici del programa en memòria. Per tant, la MMU protegeix les zones de memòria a les quals no es pot accedir.

Swapping: Intercanvi de memòria física per memòria del disc.

Particions Variables

Les particions són variables en nombre i grandària. Tota la memòria es considera com un espai d'adreçament lineal. A cada procés se li assigna exactament l'espai que necessita, sempre que hi hagi lloc suficient per ubicar-lo. El nombre de processos en memòria varia al llarg del temps i també variaran les particions. Hi ha processos que entren i surten contínuament del sistema. L'evolució temporal dels processos produeix un fenomen conegut com fragmentació externa: hi ha particions petites que no són ocupades perquè no hi pot cabre cap procés.

Mecanismes de Substitució: Paginació i Segmentació

Paginació: Es basa en dividir la memòria en petits blocs de grandària fixa. Els blocs de memòria física s'anomenen marcs. La paginació produeix fragmentació interna. Si s'intenta accedir a una pàgina que no està carregada en un marc, es produeix una fallada de pàgina que provoca que es substitueixi la pàgina segons el SO.

• Avantatges: No té fragmentació externa, facilita la reubicació i proporciona protecció.
• Inconvenients: Fragmentació interna. Una mida de pàgina gran genera molta fragmentació interna; una mida de pàgina petita genera taules de pàgines molt grans.

Segmentació: El procés i les dades es divideixen en segments. No cal que els segments siguin iguals. Pot produir fragmentació externa. El SO gestiona la taula de segments.