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Sistemas Operativos
•Componentes
•Ejecutivo de Tiempo Real
Dr. Pedro Mejía Alvarez
CINVESTAV-IPN, Seccion de Computación, Mexico
Dr. Pedro Mejía Alvarez
Curso de Sistemas de Tiempo Real
CINVESTAV-IPN, Seccion de Computacion
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Estructuras del Sistema Operativo
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Componentes del sistema
Servicios del sistema operativo
Llamadas al sistema
Programas del sistema
Estructura del sistema
Maquinas virtuales
Diseño del sistema e implementación
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Componentes del sistema
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Administración de procesos
Administración de memoria principal
Administración de memoria secondaria
Administración de disposisitivos de E/S
Administración de archivos
Sistema de protección
Redes
Sistema de interprete de comandos
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Administración de procesos
• Un proceso es un programa en ejecución. Un proceso
necesita ciertos recursos, incluyendo tiempo de CPU,
memoria, archivos, y dispositivos de E/S, para lograr su
tarea.
• El sistema operativo es reponsable de las siguientes
actividades en la administración de procesos:
– creación de procesos y borrado.
– suspensión de procesos y resumen.
– mecanismos de:
• sincronización de procesos
• comunicación entre procesos
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Administración de Memoria Principal
• La memoria es un array de words y bytes, cada uno con su
dirección propia. Es un repositorio de datos de rápido
acceso compartido por el CPU y los dispositivos de E/S
• La memoria principal es un dispositivo de almacenamiento
volatil. Pierde su contenido en caso de interrupción del
sistema y falla.
• El sistema operativo es responsable de las siguientes
actividades respecto a la admistración de memoria :
– Llevar cuenta de que partes de la memoria estan siendo utilizadas y
por quien.
– Decidir que procesos cargar en memoria cuando esta está
disponible.
– Alojar y desalojar espacio de memoria cuando sea requerido.
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Administración de memoria secundaria
• Dado que la memoria principal es volatil y muy pequeña
para almacenar todos los datos y los programas en forma
permanente, el sistema de cómputo provee memoria
secundaria para respaldar la memoria principal.
• La mayoria de las computadoras modernas utilizan discos
como medio de almacennamiento en linea, para programas
y datos.
• El sistema operativo es responsable de las siguientes
actividades respecto a la administración de la memoria
secundaria:
– Administración del espacio de memoria libre.
– Alojamiento de memoria
– Planificación del disco
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Administración de entradas y salidas
• El sistema de entradas y salidas consiste de:
– un sistema de buffer-caching
– Una interface general de drivers de dispositivos
– Drivers para dispositivos específicos
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Administración de archivos
• Un archivo es una colección de información relacionada
definida por su creador. Comunmente, los archivos
representan programas (en formato fuente y objeto) y
datos.
• El sistema operativo es responsable de las siguientes
actividades respecto a la adminstración de archivos:
–
–
–
–
–
Creación de archivos y borrado.
Creación de directorio y borrado.
Soperte de primitivas de manipulaciónvde archivos y directorios.
Mapeo de archivos en memoria secundaria.
Respaldo de archivos en un medio de almacenamiento estable (novolatil).
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Sistema de Protección
• La protección es un mecanismo control de acceso de los
programas, procesos o usuarios al sistema o recursos.
• El sistema de protección debe:
– distinguir entre usos autorizados y no-autorizados.
– especificar el tipo de control de acceso impuesto.
– proveer medios para el aseguramiento de la protección.
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Sistema de Interprete de comandos
• Muchos comandos son proporcionados por el sistema operativo
mediante estatutos de control que tienen las siguientes funciones
–
–
–
–
–
–
–
creación de procesos y administración
administración de E/S
administración de almacenamiento secundario
administraciónd e memoria principal
acceso al sistema de archivos
protección
acceso a la red
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Servicios del sistema operativo
• Ejecución de programas- capacidad del sistema de cargar un
•
•
•
•
programa en memoria y ejecutarlo.
Operaciones de E/S - dado que los programas no pueden
ejecutar operaciones de E/S directamente, el sistema operativo
debe proveer medios para realizarlas.
Manipulaciones del sistema de archivos - capacidad de
los programas de leer, escribir, crear y borrar archivos.
Comunicaciones - intercambio de información entre procesos
ejecutando en la misma computadora o en otra conectada a
travez de una red. Implementada mediante memoria compratida
o por paso de mensajes.
Deteccion de errores - asegurar un cómputo correcto
mediante la detección de errore en el CPU, memoria,
dispositivos de E/S o en los programas de usuario.
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Programas del sistema
• Los programas del sistema proveen un ambiente para el
desarrollo y ejecución de programas. Pueden dividirse en:
–
–
–
–
–
–
–
–
Manipulación de archivos
Información de estatus
Modificación de archivos
Programación
Soporte de languaje
Cargado y ejecución de programas
Comunicaciones
Programas de aplicación
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Estructura del sistema
• Nivel 5: programas de usuario
• Nivel 4: buffering para dispositivos de E/S
• Nivle 3: driver de dispositivo para la consola del
operador
• Nivel 2: administración de memoria
• Nivel 1: administración del CPU
• Nivel 0: hardware
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Sistemas Distribuidos
• Un sistema distribuido es una colección de procesadores
que no comparten memoria ni reloj. Cada proceso tiene su
propia memoria local.
• Los procesadores en el sistema están conectados a traves
de una red de comunicaciones
• El sistema distribuido provee acceso a varios recursos
compartidos.
• El acceso a recursos compartidos permite:
– Incremento el velocidad de cómputo
– Incremento en disponibilidad de los datos
– Mejora en la confiabilidad
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Ejecutivo de Tiempo Real
• Los ejecutivos de tiempos real se basan en sistemas operativos
especializados que manejan los procesos en el STR (RTS)
• Responsabilidad de la administración de procesos y asignación
de recursos (procesador y memoria)
• Deben estar basados en un kernel RTE estándar el cual es usado
sin cambios o modificado para una aplicación
• No incluye facilidades tales como administrador de archivos
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Componentes del Ejecutivo de Tiempo Real
Scheduling
information
Real-time
clock
Interrupt
handler
Scheduler
Process resource
requirements
Processes
awaiting
resources
Ready
processes
Ready
list
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Available
resource
list
Resour ce
manager
Released
resources
Processor
list
Despatcher
Executing
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process
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Componentes Principales
• Reloj de tiempo real
• Provee información para el calendario de procesos (process scheduling).
• Manejador de interrupciones
• Controla el servicio a los requerimientos instantáneos.
• Scheduler
• Selecciona el próximo proceso a correr.
• Administrador de recursos
• Asigna recursos de memoria y dispositivos de E/S.
• Despachador
• Inicia la ejecución de procesos.
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Prioridad de Procesos
• El procesamiento de algunos tipos de estimulación debe tomar
prioridad algunas ocasiones
• Prioridad de nivel de interrupción. La más alta prioridad está
asignada a los procesos que requieren una respuesta mucho más
rápida
• Prioridad en nivel de reloj. Asignado a procesos periódicos
• Dentro de eso, los niveles de más baja prioridad deben ser
asignados
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Servicio de Interrupciones
• El control se transfiere automáticamente a una ubicación
predeterminada en la memoria
• Esta ubicación contiene una instrucción de salto a una rutina de
servicio de interrupciones
• Las interrupciones son deshabilitadas, el servicio de
interrupciones y el control regresan al proceso interrumpido
• Las rutinas del servicio de interrupciones DEBEN ser cortas,
simples y rápidas
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Servicio de Procesos Periódicos



En la mayoría de sistemas de tiempo real, habrán varias clases de
procesos periódicos, cada uno con diferentes períodos (tiempo
entre ejecuciones), tiempos de ejecución y topes (tiempo para el
cual el procesamiento debe completarse)
El reloj de tiempo real está marcando periódicamente y cada
marca causa una interrupción en procesos periódicos la cual se
calendariza en el administrador de procesos
El administrador de procesos selecciona un proceso el cual está
listo para ejecutarse
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Administrador de Procesos
Scheduler
Selecciona procesos
para ejecucion
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Resource Manager
Dispatcher
Reserva y aloja
cpu y memoria
Asigna el CPU
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Despachador de procesos
• El ‘scheduler’ elige el próximo proceso a ejecutarse por el
procesador. Esto depende de una estrategia de calendarización
que debe tomar en cuenta la prioridad del proceso
• El administrador de recursos asigna memoria y un procesador
para el proceso a ejecutarse
• El despachador toma el proceso de la lista, lo carga en el
procesador y empieza la ejecución
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