Definici´ on Historia Estructura Ejemplos Comparativa

Historia de los sistemas operativos Gustavo Romero L´ opez Arquitectura y Tecnolog´ıa de Computadores

7 de junio de 2016

Gustavo Romero L´ opez

Historia de los sistemas operativos

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´Indice

1

Definici´on

2

Historia

3

Estructura

4

Ejemplos

5

Comparativa

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Lecturas recomendadas

Jean Bacon

Operating Systems (2, 26)

Abraham Silberschatz

Fundamentos de Sistemas Operativos (2)

William Stallings

Sistemas Operativos (2)

Andrew Tanuenbaum

Sistemas Operativos Modernos (1,12)

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Motivaci´on La arquitectura de un SO marca de forma vital su funcionamiento. Cada posible elecci´ on tendr´a consecuencias ineludibles. Ejemplo: el compromiso velocidad/espacio: --------------------------------------------------------------------------#define BYTE_SIZE 8 /* a byte contains 8 bits */ int bit_count(int byte) /* count the bits in a byte */ { int i, count = 0; for (i = 0; i < BYTE_SIZE; i++) /* loop over the bits in a byte */ if ((byte >> i) & 1) ++count; /* if this bit is a 1, add to count */ return count; /* return sum */ } --------------------------------------------------------------------------#define bit_count(b) (b&1) + ((b>>1)&1) + ((b>>2)&1) + ((b>>3)&1) + ((b>>4)&1) + ((b>>5)&1) + ((b>>6)&1) + ((b>>7)&1); --------------------------------------------------------------------------char bits[256] = {0, 1, 1, 2, 1, 2, 2, 3, 1, 2, 2, 3, 2, 3, 3, 4, 1, 2,..}; --------------------------------------------------------------------------Gustavo Romero L´ opez

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Definici´on

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¿Qu´e es un sistema operativo? ¿Todos los programas que vienen con el ordenador al comprarlo? =⇒ no. ¿Todo lo que viene en el CD/DVD del creador del SO? =⇒ no. Los programas que nos permiten utilizar el ordenador (... con suerte eficientemente) =⇒ si. Interfaz con el ordenador: desarrollo de programas ejecuci´ on de programas acceso a dispositivos de E/S acceso al sistema de ficheros protecci´ on y seguridad detecci´ on y respuesta a errores contabilidad

Gestor de recursos. Gustavo Romero L´ opez

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Historia

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Historia

Primera generaci´on (1945-55) Segunda generaci´on (1955-65) Tercera generaci´on (1965-80) Cuarta generaci´on (1980-hoy)

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Primera generaci´on (1945-55) Tubos de vacio y paneles

Utilidad: m´aquinas de c´alculo. Tecnolog´ıa: dispositivos mec´anicos ⇒ tubos de vacio y paneles. M´etodo de programaci´on: cables ⇒ interruptores y tarjetas perforadas. Dise˜no/construcci´on/operaci´on/programaci´on/mantenimiento: genios como Aiken, von Newman o Mauchley.

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Segunda generaci´on (1955-65) Transistores y sistemas por lotes

Utilidad: c´alculo cient´ıfico e ingenier´ıa. Tecnolog´ıa: la invenci´ on del transistor redujo su tama˜ no y precio y los populariz´ o ⇒ mainframes/IBM 1401/7094. M´etodo de programaci´ on: ensamblador y lenguajes de alto nivel (FORTRAN) sobre tarjetas perforadas. Paso de procesamiento secuencial a procesamiento por lotes. Ejemplos: FMS y IBSYS.

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Tercera generaci´on (1965-80) Circuitos integrados y multiprogramaci´ on

2 usos principales: c´alculo cient´ıfico e ingenier´ıa. procesamiento de car´acteres.

Circuito integrado ⇒ +barato ⇒ +popular ⇒ IBM 360, GE-645, DEC PDP-1. Logros destacables: multiprogramaci´ on. spooling. tiempo compartido.

Ejemplos: OS/360, CTSS, MULTICS, UNIX. Gustavo Romero L´ opez

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Cuarta generaci´on (1980-hoy) Ordenador personal (era µ)

(V)LSI ⇒ ++barato ⇒ ++popular ⇒ IBM PC.

MS-DOS, Linux, MacOS, Windows 1..10.

µP: 8080, Z80, 8086, 286, 386, 486, Pentium, Core 2, Athlon, Alpha, Ultrasparc. Logros destacables: GUI. SO de red. SMP. SO distribuidos.

Ejemplos: UNIX, CP/M,

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Estructura

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Clasificaci´on de SO seg´un su estructura ¿C´ omo se organiza internamente el SO?

Clasificaci´on: Estructura simple: monol´ıticos capas modulares

Estructura cliente/servidor: micron´ ucleo exon´ ucleo

M´aquina virtual. H´ıbridos.

Tendencias: N´ ucleos extensibles. Multiservidores sobre un micron´ ucleo. N´ ucleos h´ıbridos.

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Monol´ıtico El SO completo se ejecuta en modo protegido. Nula protecci´on entre los componentes. Ventajas: Econom´ıa de cambios de contexto ⇒ +eficiente.

Inconvenientes: Falta de protecci´ on ⇒ -fiabilidad (controladores). Manejo de la complejidad: Es m´as sencillo escribir 103 programas de 103 l´ıneas que uno de 106 . Gustavo Romero L´ opez

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Capas/Niveles El SO completo se ejecuta en modo protegido. Escasa protecci´on entre los componentes. Ventajas: Econom´ıa de cambios de contexto ⇒ +eficiente. Menor complejidad.

Inconvenientes: Falta de protecci´ on ⇒ -fiabilidad (controladores). Menos flexible que monol´ıtico.

¿C´omo subdividir en capas? Gustavo Romero L´ opez

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Modular El SO completo se ejecuta en modo protegido. Escasa protecci´on entre los componentes. Ventajas: Econom´ıa de cambios de contexto ⇒ +eficiente. Menor complejidad.

Inconvenientes: Falta de protecci´ on ⇒ -fiabilidad (controladores). Menos flexible que monol´ıtico.

¿Qu´e colocar en el n´ ucleo y qu´e en m´odulos? Gustavo Romero L´ opez

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Micron´ucleo Una m´ınima parte del SO se ejecuta en modo protegido. Ventajas: Perfecta protecci´ on entre componentes ⇒ +fiabilidad. Manejo de la complejidad. Facilidad de programaci´ on.

Inconvenientes: Sobrecarga en las comunicaciones ⇒ -eficiencia. Gustavo Romero L´ opez

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Exon´ucleo Apenas existe SO, s´ olo un gestor de recursos. Dejamos que el software acceda directamente al hardware. Ventajas: Perfecta protecci´ on entre componentes ⇒ +fiabilidad. Acceso directo al hardware ⇒ m´ axima eficiencia

Inconvenientes: Pobre reutilizaci´ on de c´ odigo. Gustavo Romero L´ opez

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M´aquina virtual N copias virtuales de la m´aquina real: Software: Bochs, Qemu, VMWare, Xen. Hardware: VMWawe, Xen.

Inconvenientes: La simulaci´on del hardware real es costosa ⇒ poco eficiente

IBM VM/370 (1972). Ventajas: Perfecta protecci´ on entre componentes ⇒ +fiabilidad. Mejor aprovechamiento del hardware. M´axima reutilizaci´ on de c´ odigo. Gustavo Romero L´ opez

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H´ıdrida Mezcla m´as frecuente: micron´ ucleo + monol´ıtico. Ventaja: =⇒ ganamos velocidad respecto a micron´ ucleo. Inconveniente: =⇒ perdemos protecci´ on entre componentes.

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Ejemplos

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MS-DOS

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Windows 2000

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Linux

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Mach

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MacOS X

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QNX

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Comparativa

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Coste estructural: monol´ıtico

1 llamada al sistema: entrada al n´ ucleo. cambio al espacio de direcciones del n´ ucleo. recuperar el espacio de direcciones original. salida del n´ ucleo.

1 llamada a procedimiento: llamada y retorno en el interior del espacio de direcciones del n´ ucleo y pudiendo compartir informaci´ on.

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Coste estructural: micron´ucleo 4 llamadas al sistema: entrada al micron´ ucleo. cambio al espacio de direcciones del micron´ ucleo. transferencia del mensaje. recuperar el espacio de direcciones original. salida del micron´ ucleo.

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Coste estructural: multiservidor

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El desastre de los 100 µs (micron´ucleos de 1a generaci´on) SYSCALL ↔ RPC ≈ 2 × IPC : MachIPC =115µs, LinuxIPC =20µs, L4IPC =5µs (486 50MHz)

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Sobrecarga por comunicaci´on entre procesos

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L4Linux

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Coste estructural: cambio de contexto Linux 2.4.21: 13200 ciclos/5.4µs en un Pentium 4 a 2.4GHz L4 (Liedtke, Achieved IPC performance):

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¿Te aburres?

Barrelfish PikeOS L4 ⇒ seL4 Singularity ⇒ Midori ⇒

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