Estructura Sistemas Operativos
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El documento describe diferentes enfoques para estructurar los componentes de un sistema operativo, incluyendo el enfoque monolítico, por niveles y de microkernel. Explica que el enfoque monolítico es simple pero no escalable, mientras que la estructura por niveles jerárquica es inflexible. Los microkernels minimizan el código en el núcleo y ejecutan servicios como procesos de usuario, pero tienen un menor rendimiento. Los módulos de kernel permiten extensibilidad manteniendo un buen rendimiento, aunque pued
Estructura Sistemas Operativos
- 1. Estructuras en SOs Cecilia Hernández 2007-1
- 2. Objetivos SO Definir capa de software cuyos componentes maximicen: Confiabilidad Seguridad Extensibilidad Desempeño
- 3. Por qué es difícil escribir un SO Complejidad Millones de líneas de código Miles de desarrolladores y probadores Ambiente de programación delicado Se ejecuta sobre HW Un error puede hacer que sistema se caiga dejando todos los usuarios sin servicio Concurrencia e interrupciones Restricciones de compatibilidad con versiones previas
- 4. Componentes más importantes del SO Procesos Manejo de colas de estados, planificación, protección, comunicación y sincronización Memoria Manejo VM por proceso, protección Almacenamiento secundario Usado por Sistema de archivos y memoria virtual Información persistente, comunicación con controlador de disco, protección E/S Incluyendo redes Autentificación Intérprete de comandos Auditoria de uso de recursos de sistema Tiempo, memoria, disco
- 5. Estructura de SOs No siempre claro como interactúan todos los módulos del SO Administración De Memoria E/S Adm Almacenamiento secundario Sist Archivos Protección Auditoria Adm Procesos Interprete de Comandos Servicios de informacion Manejo de errores
- 6. Enfoque más simple-Monolítico Una biblioteca grande Cualquier función puede llamar a cualquier otra Funcionalidad SO Programas usuario HW SO
- 7. Diseño monolítico Ventaja Comunicación entre módulos mediante llamadas a procedimientos Barato en tiempo, interfaz simple y homogénea Desventajas Cuando sistema crece se hace Difícil de entender Difícil de modificar Difícil de mantener Baja confiabilidad No exite aislación entre componentes Alternativas? Encontrar manera de estructurar componentes para simplicar su diseño, implementación y mantención
- 8. Estructura por niveles Idea: Diseñar e implementar SO mediante un conjunto de niveles Primer sistema de este tipo propuesto por DIJKSTRA con el sistem THE (1968) Nivel 5: Adminitrador de tareas Ejecuta programas de usuarios Nivel 4: Manejadores de dispositivos Maneja dispositivos y proporciona buffers Nivel 3: Consola Implementa consolas virtuales Nivel 2: Administrador de Páginas Implementa memoria virtual para cada proceso Nivel 1: kernel Implementa un procesador virtual para cada proceso Nivel 0: hardware Cada nivel puede ser probado y verificado independientemente
- 9. Desventajas estructura por niveles Estructura jerárquica es demasiado inflexible Sistemas reales tienen ciclos de uso Sistema de archivos requiere servicios de memoria virtual Memoria virtual puede usar archivos para respaldos en discos Bajo desempeño Cada cruce entre niveles involucra una sobrecarga (overhead)
- 10. Usos En cierto grado se pueden definir algunos niveles Un ejemplo en sistemas modernos Separar rutinas específicas del HW del núcleo del SO Proporciona portabilidad Mejora entendimiento de sistema por la abstracción en cada nivel Núcleo SO (sistema archivos, planificador, Llamadas a sistema) Abstracción HW Nivel (manejadores disp, Rutinas en assembly )
- 11. Microkernels Filosofía Jerarquía estricta no es buena Modularidad es buena Diseño Minimizar que va en el kernel Organizar el resto del SO como procesos de nivel usuario Ejemplo, Sist de Archivos como un servidor Procesos se comunican mediante pasos de mensajes Como en un sistema distribuido Ejemplos Hydra (1970s) Mach (1985-1994)
- 12. Ilustración SO Microkernel Hardware microkernel Procesos de sistema Procesos usuarios Memoria virtual Comunicación protección Control CPU Sistema de archivos hebras red planificador Paginación Firefox powerpoint apache Modo usuario kernel
- 13. Ventajas/desventajas microkernels Ventajas Simplicidad Kernel pequeño Extensibilidad Se puede agregar nueva funcionalidad en modo usuario Confiabilidad Servicios SO aislados en modo usuario Desventajas Bajo desempeño Comunicación mediante mensajes no tan bueno como llamadas a sistema
- 14. Estado del arte: Modulos kernel Idea básica: usuarios pueden proporcionar módulos, los cuales se ejecutan directamente en el espacio de dirección del kernel. También llamados Loadable Kernel Modules (LKM) Son cargados después que kernel base está en ejecución Ventajas Buen desempeño Provee extensibilidad a SO Un módulo interesante accesible en linux 2.6.20 KVM (Kernel-based VM for linux) kvm.ko Funciona en arquitecturas que soportan virtualización (Intel Dual Core es una de ellas) ref http://www.linux-watch.com/news/NS5168864143.html Usuarios pueden ejecutar múltiples máquinas virtuales ejecutando linux o Windows. Cada máquina virtual tiene su propio hw virtualizado Desventajas Módulos pueden comprometer seguridad y confiabilidad Manejadores de dispositivo causan el 85% de las caidas en Windows 2000