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Los Sistemas Operativos: su historia y su concepto
A lo largo de la historia muchas cosas sufren una serie de cambios y los sistemas operativos no son la excepción, claro que en este caso se habalran son de las generaciones de los Sistemas Operativos:
- Generación Ceroà A finales de los 40's el uso de computadoras estaba restringido a aquellas empresas o instituciones que podían pagar su alto precio, y no existían los sistemas operativos. En su lugar, el programador debía tener un conocimiento y contacto profundo con el hardware, y en el infortunado caso de que su programa fallara, debía examinar los valores de los registros y páneles de luces indicadoras del estado de la computadora para determinar la causa del fallo y poder corregir su programa, además de enfrentarse nuevamente a los procedimientos de apartar tiempo del sistema y poner a punto los compiladores, ligadores, etc; para volver a correr su programa, es decir, enfrentaba el problema del procesamiento serial ( serial processing )
- Primera Generacionà La importancia de los sistemas operativos nace históricamente desde los 50's, cuando se hizo evidente que el operar una computadora por medio de tableros enchufables y luego por medio del trabajo en lote se podía mejorar notoriamente, pues el operador realizaba siempre una secuencia de pasos repetitivos, lo cual es una de las características contempladas en la definición de lo que es un programa. Es decir, se comenzó a ver que las tareas mismas del operador podían plasmarse en un programa, el cual a través del tiempo y por su enorme complejidad se le llamó "Sistema Operativo". Cuando el trabajo estaba en ejecución, este tenia control total de la maquina. Al terminar cada trabajo, el control era devuelto al sistema operativo, el cual limpiaba y leía e iniciaba el trabajo siguiente. Así, tenemos entre los primeros sistemas operativos al Fortran Monitor System ( FMS ) e IBSYS [Tan92].
- Segunda Generacionà A mediado de los años 60's junto con la tercera generación de computadoras nace uno de los primeros sistemas operativos con la filosofía de administrar una familia de computadoras: el OS/360 de IBM. Fue este un proyecto tan novedoso y ambicioso que enfrentó por primera vez una serie de problemas conflictivos debido a que anteriormente las computadoras eran creadas para dos propósitos en general: el comercial y el científico. Así, al tratar de crear un solo sistema operativo para computadoras que podían dedicarse a un propósito, al otro o ambos, puso en evidencia la problemática del trabajo en equipos de análisis, diseño e implantación de sistemas grandes. El resultado fue un sistema del cual uno de sus mismos diseñadores patentizó su opinión en la portada de un libro: una horda de bestias prehistóricas atascadas en un foso de brea. Surge también en la tercera generación de computadoras el concepto de la multiprogramación, porque debido al alto costo de las computadoras era necesario idear un esquema de trabajo que mantuviese a la unidad central de procesamiento más tiempo ocupada, así como el encolado (spooling ) de trabajos para su lectura hacia los lugares libres de memoria o la escritura de resultados. Sin embargo, se puede afirmar que los sistemas durante la esta generación siguieron siendo básicamente sistemas de lote.
- Tercera Generacionà Se inicia en 1964, con la introducción de la familia de computadores Sistema/360 de IBM. Los computadores de esta generación fueron diseñados como sistemas para usos generales . Casi siempre eran sistemas grandes, voluminosos, con el propósito de serlo todo para toda la gente. Eran sistemas de modos múltiples, algunos de ellos soportaban simultáneamente procesos por lotes, tiempo compartido, procesamiento de tiempo real y multiprocesamiento. Eran grandes y costosos, nunca antes se había construido algo similar, y muchos de los esfuerzos de desarrollo terminaron muy por arriba del presupuesto y mucho después de lo que el planificador marcaba como fecha de terminación. Estos sistemas introdujeron mayor complejidad a los ambientes computacionales; una complejidad a la cual, en un principio, no estaban acostumbrados los usuarios
- Cuarta Generacionà
A mediados de los 70's la electrónica avanza hacia la integración
a gran escala, pudiendo crear circuitos con miles de transistores en un centímetro
cuadrado de silicón y ya es posible hablar de las computadoras personales
y las estaciones de trabajo. Surgen los conceptos de interfaces amigables
intentando así atraer al público en general al uso de las computadoras
como herramientas cotidianas. Se hacen populares el MS-DOS y UNIX en estas
máquinas. También es común encontrar clones de computadoras
personales y una multitud de empresas pequeñas ensamblándolas
por todo el mundo.Para mediados de los 80's, comienza el auge de las redes
de computadoras y la necesidad de sistemas operativos en red y sistemas operativos
distribuidos. La red mundial Internet se va haciendo accesible a toda clase
de instituciones y se comienzan a dar muchas soluciones ( y problemas ) al
querer hacer convivir recursos residentes en computadoras con sistemas operativos
diferentes. Para los 90's el paradigma de la programación orientada
a objetos cobra auge, así como el manejo de objetos desde los sistemas
operativos. Las aplicaciones intentan crearse para ser ejecutadas en una plataforma
específica y poder ver sus resultados en la pantalla o monitor de otra
diferente (por ejemplo, ejecutar una simulación en una máquina
con UNIX y ver los resultados en otra con DOS ). Los niveles de interacción
se van haciendo cada vez más profundos.
Un Sistema Operativo es el software encargado de ejercer el control y coordinar el uso del hardware entre diferentes programas de aplicación y los diferentes usuarios. Es un administrador de los recursos de hardware del sistema. En una definición informal es un sistema que consiste en ofrecer una distribución ordenada y controlada de los procesadores, memorias y dispositivos de E/S entre los diversos programas que compiten por ellos.
A pesar de que todos nosotros usamos sistemas operativos casi a diario, es difícil definir qué es un sistema operativo. En parte, esto se debe a que los sistemas operativos realizan dos funciones diferentes: El primero es proveer una máquina virtual, es decir, un ambiente en el cual el usuario pueda ejecutar programas de manera conveniente, protegiéndolo de los detalles y complejidades del hardware; y el segundo es administrar eficientemente los recursos del computador.
Es también un programa que actúa como intermediario entre el usuario y el hardware de un computador y su propósito es proporcionar un entorno en el cual el usuario pueda ejecutar programas. El objetivo principal de un Sistema Operativo es, entonces, lograr que el Sistema de computación se use de manera cómoda, y el objetivo secundario es que el hardware del computador se emplee de manera eficiente.
Un Sistema Operativo es una parte importante de cualquier sistema de computación. Un sistema de computación puede dividirse en cuatro componentes: el hardware, el Sistema Operativo, los programas de aplicación y los usuarios.
El hardware (Unidad Central de Procesamiento (UCP), memoria y dispositivos de entrada/salida (E/S)) proporciona los recursos de computación básicos. Los programas de aplicación (compiladores, sistemas de bases de datos, juegos de vídeo y programas para negocios) definen la forma en que estos recursos se emplean para resolver los problemas de computación de los usuarios.
Administrador de Memoriaà Aquí se describen las técnicas más usuales en el manejo de memoria, revisando los conceptos relevantes. Se abarcan los esquemas de manejo simple de memoria real, la multiprogramación en memoria real con sus variantes, el concepto de `overlays', la multiprogramación con intercambio y los esquemas de manejo de memoria virtual.
- Manejo de Memoria en Sistema Monousuario sin Intercambio:
se usa principalmente en sistemas monousuario y monotarea, como son las computadoras personales con DOS. Bajo este esquema, la memoria real es tomada para almacenar el programa que se esté ejecutando en un momento dado, con la visible desventaja de que si se está limitado a la cantidad de RAM disponible únicamente. La organización física bajo este esquema es muy simple: El sistema operativo se ubica en las localidades superiores o inferiores de la memoria, seguido por algunos manejadores de dispositivos (`drivers' ). Esto deja un espacio contiguo de memoria disponible que es tomado por los programas del usuario, dejando generalmente la ubicación de la pila (` stack') al último, con el objetivo de que ésta pueda crecer hasta el máximo posible. Como es obvio, bajo estos esquemas no se requieren algoritmos sofisticados para asignar la memoria a los diferentes procesos, ya que éstos son ejecutados secuencialmente conforme van terminando.
- Multiprogramación en Memoria Real: En los 60's, las empresas e instituciones que habían invertido grandes sumas en la compra de equipo de cómputo se dieron cuenta rápidamente que los sistemas en lote invertían una gran cantidad de tiempo en operaciones de entrada y salida, donde la intervención de la unidad central de procesamiento era prácticamente nula, y se comenzaron a preguntar cómo hacer que se mantuviera más tiempo ocupada. Fue así como nació el concepto de multiprogramación, el cual consiste en la idea de poner en la memoria física más de un proceso al mismo tiempo, de manera que si el que se está ejecutando en este momento entraba en un periodo de entrada/salida, se podía tomar otro proceso para que usara la unidad central de procesamiento. De esta forma, la memoria física se dividía en secciones de tamaño suficiente para contener a varios programas.
Administrador de Procesosà En este administrador se encuentra el modulo de la planificación del procesador el cual se describe a continuación:
- Planificación del procesador: La planificación del procesador se refiere a la manera o técnicas que se usan para decidir cuánto tiempo de ejecución y cuando se le asignan a cada proceso del sistema. Obviamente, si el sistema es monousuario y monotarea no hay mucho que decidir, pero en el resto de los sistemas esto es crucial para el buen funcionamiento del sistema. En los sistemas de planificación generalmente se identifican tres niveles: el alto, el medio y el bajo. El nivel alto decide que trabajos (conjunto de procesos) son candidatos a convertirse en procesos compitiendo por los recursos del sistema; el nivel intermedio decide que procesos se suspenden o reanudan para lograr ciertas metas de rendimiento mientras que el planificador de bajo nivel es el que decide que proceso, de los que ya están listos (y que en algún momento paso por los otros dos planificadores) es al que le toca ahora estar ejecutándose en la unidad central de procesamiento. En este trabajo se revisaran principalmente los planificadores de bajo nivel porque son los que finalmente eligen al proceso en ejecución.
Objetivos de la Planificación: Una estrategia de planificación debe buscar que los procesos obtengan sus turnos de ejecución apropiadamente, conjuntamente con un buen rendimiento y minimización de la sobrecarga (overhead) del planificador mismo. En general, se buscan cinco objetivos principales:
- Justicia o Imparcialidad: Todos los procesos son tratados de la misma forma, y en algún momento obtienen su turno de ejecución o intervalos de tiempo de ejecución hasta su terminación exitosa.
- Maximizar la Producción: El sistema debe de finalizar el mayor numero de procesos en por unidad de tiempo.
- Maximizar el Tiempo de Respuesta: Cada usuario o proceso debe observar que el sistema les responde consistentemente a sus requerimientos.
- Evitar el aplazamiento indefinido: Los procesos deben terminar en un plazo finito de tiempo.
- El sistema debe ser predecible: Ante cargas de trabajo ligeras el sistema debe responder rápido y con cargas pesadas debe ir degradándose paulatinamente. Otro punto de vista de esto es que si se ejecuta el mismo proceso en cargas similares de todo el sistema, la respuesta en todos los casos debe ser similar.
Características a considerar de los procesos: No todos los equipos de cómputo procesan el mismo tipo de trabajos, y un algoritmo de planificación que en un sistema funciona excelente puede dar un rendimiento pésimo en otro cuyos procesos tienen características diferentes. Estas características pueden ser:
- Cantidad de Entrada/Salida: Existen procesos que realizan una gran cantidad de operaciones de entrada y salida (aplicaciones de bases de datos, por ejemplo).
- Cantidad de Uso de CPU: Existen procesos que no realizan muchas operaciones de entrada y salida, sino que usan intensivamente la unidad central de procesamiento. Por ejemplo, operaciones con matrices.
- Procesos de Lote o Interactivos: Un proceso de lote es más eficiente en cuanto a la lectura de datos, ya que generalmente lo hace de archivos, mientras que un programa interactivo espera mucho tiempo (no es lo mismo el tiempo de lectura de un archivo que la velocidad en que una persona teclea datos) por las respuestas de los usuarios.
- Procesos en Tiempo Real: Si los procesos deben dar respuesta en tiempo real se requiere que tengan prioridad para los turnos de ejecución.
- Longevidad de los Procesos: Existen procesos que típicamente requerirán varias horas para finalizar su labor, mientras que existen otros que solo necesitan algunos segundos.
Seminario Sistemas Operativos (SO), Internet Explorer.
Presentado por:
Angellen Barrios
Sandra Certain
Zuhelen Trespalacios
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