Wiki de Sistemas Operativos - Contribuciones del usuario [es]

Ejercicios otros aspectos de la planificación

2012-11-19T20:38:11Z

Jescrerui: /* Ejercicio 4 */

== Ejercicio 1 ==

Dada la siguiente configuración de procesos:
{| border="2" cellpadding="4" cellspacing="0" style="margin: 1em 1em 1em 0; background: #f9f9f9; border: 1px #aaa solid; border-collapse: collapse; font-size: 95%;"
! width="50" style="background:#efefef;" | Proceso
! width="50" style="background:#efefef;" | H0
! width="50" style="background:#efefef;" | t
|-
| PA
| 0
| 5
|-
| PB
| 1
| 3
|-
| PC
| 2
| 1
|-
| PD
| 3
| 6
|-
| PE
| 4
| 2
|}

Suponiendo un sistema operativo multiprocesador sobre dos procesadores, realice la traza de la ejecución de dichos procesos para los siguientes criterios de planificación:

* FIFO (no apropiativo)
* SJF (apropiativo y no apropiativo)

[[sol-ejer1-otros-aspectos|Ver solución ejercicio 1]]

== Ejercicio 2 ==
''[Este ejercicio fue parte del primer Control de Evaluación Contínua del Curso 2010/11, del 23 de marzo de 2011]''

Dada la siguiente configuracion de procesos:

{| border="2" cellpadding="4" cellspacing="0" style="margin: 1em 1em 1em 0; background: #f9f9f9; border: 1px #aaa solid; border-collapse: collapse; font-size: 95%;"
! width="50" style="background:#efefef;" | Proceso
! width="50" style="background:#efefef;" | H0
! width="50" style="background:#efefef;" | t
|-
| PA
| 0
| 3
|-
| PB
| 1
| 5
|-
| PC
| 2
| 6
|}

Teniendo en cuenta el siguiente comportamiento:

* El proceso A cada 1 unidad de tiempo de ejecución bloquea .
* El proceso B cada 3 unidades de tiempo de ejecución bloquea.

Suponga que el tiempo de bloqueo de todos los procesos es de 2 unidades de tiempo debido al tiempo de acesso al dispositivo de E/S.

Realice la traza de ejecución de dichos procesos y los índices de penalización para los siguientes criterios de planificación:

#El siguiente, el más corto apropiativo en un sistema multiprocesador con dos procesadores, solo se ejecutaran procesos en el procesador 2 si el procesador 1 está ocupado. No olvide los tiempos de bloqueo de los procesos A y B. Considere asignación dinámica. (''[[sol-ejer2-1-otros-aspectos|Ver solución]]'')
#Por prioridades apropiativo en tiempo real, suponiendo que C < B < A. No olvide los tiempos de bloqueo de los procesos A y B. (''[[sol-ejer2-2-otros-aspectos|Ver solución]]'')

{| border="2" cellpadding="4" cellspacing="0" style="margin: 1em 1em 1em 0; background: #f9f9f9; border: 1px #aaa solid; border-collapse: collapse; font-size: 95%;"
! width="50" style="background:#efefef;" | Proceso
! width="50" style="background:#efefef;" | Plazo
|-
| PA
| 6
|-
| PB
| 15
|-
| PC
| 15
|}

== Ejercicio 3 ==
''[Este ejercicio formó parte del Primer Parcial de Evaluación Contínua del curso 2011/12 del 8 de Noviembre de 2011]''

Dado el código de los siguientes procesos:

'''Código proceso A:'''
<source lang="c">
int fd; #1
fd = open("fichero.txt", O_WRONLY, 0600); #2
for(int i=0;i<2;i++) { #3
write(fd, "%d", sizeof(int)); #4
}
close(fd); #5
</source>

'''Código proceso B:'''
<source lang="c">
int fd, contador = 0; #1
for(int i=0;i<2;i++) { #2
contador+=2; #3
}
printf("el contador vale: %d\n", contador); #4
</source>

De manera teórica, suponga que la ejecución de cada línea de código toma una unidad de tiempo. Considere que las llamadas '''write''' y '''printf''' son bloqueantes puesto que suponen accesos a dispositivos de E/S, siendo los tiempos de bloqueo de 3 unidades de tiempo.

Realice la traza temporal de ejecución de dichos procesos y los índices de penalización para los siguientes criterios de planificación:

#Por prioridades apropiativo en tiempo real, suponiendo que B>A. No olvide los tiempos de bloqueo de los procesos A y B. Considere que los plazos de ejecucion de proceso A es 16 y de proceso B es 18

#Suponiendo un sistema multiprocesador con dos procesadores. No olvide los tiempos de bloqueo de los procesos A y B. Considere asignación dinámica. Suponga que ambos procesos se lanzan a la vez, pero el planificador da paso en primer lugar al proceso A.

[[sol-ejer-planif-procesos-3|Ver solución del ejercicio 3]]

== Ejercicio 4 ==
''[Este ejercicio fue parte del Primer Control de Evaluación Contínua en el curso 2012/13, del 9 de Noviembre de 2012]''

Dada la siguiente configuracion de procesos:

{| border="2" cellpadding="4" cellspacing="0" style="margin: 1em 1em 1em 0; background: #f9f9f9; border: 1px #aaa solid; border-collapse: collapse; font-size: 95%;"
! width="50" style="background:#efefef;" | Proceso
! width="50" style="background:#efefef;" | H0
! width="50" style="background:#efefef;" | t
|-
| PA
| 0
| 4
|-
| PB
| 1
| 5
|-
| PC
| 2
| 6
|}

Teniendo en cuenta el siguiente comportamiento:

El proceso A cada 1 unidad de tiempo de ejecución bloquea

El proceso B cada 3 unidad de tiempo de ejecución bloquea

Suponga que el tiempo de bloqueo de todos los procesos es de 3 unidades de tiempo debido al tiempo de acceso al dispositivo E/S

Realice la traza de ejecución de dichos procesos y los indices de penalización suponiendo que se trata de un planificador basado en multinivel con realimentación:

Existen dos colas, cada proceso de la primera cola recibe un quantum de 1 unidad de tiempo, los de la segunda reciben un quantum 2 unidades de tiempo cada uno de ellos.

- Todos los procesos van inicialmente a la segunda cola.

- Un proceso promociona a la primera cola si emplea todo su quantum de una sola vez.

- Un proceso nunca desciende de la primera cola a la segunda.

- Se da oportunidad de ejecución a los procesos de la primera cola siempre que no haya procesos listos en la segunda cola.

[[sol-ejer-planif-procesos-3|Ver solución del ejercicio 4]]

--[[Usuario:Jescrerui|JCR]] 20:38 19 nov 2012 (UTC)

Sol-ejer-planif-procesos-3

2012-11-19T20:37:16Z

Jescrerui: /* Ejercicio 4 */

== Traza de los procesos ==

=== Proceso A ===

1, 2, 3, 4, 3, 4, 3, 5
| | | | |
i=0 Bloquea i=1 Bloquea i=2

=== Proceso B ===

1, 2, 3, 2, 3, 2, 4
| | | |
i=0 i=1 i=2 Bloquea

== Apartado 1 ==

B = El proceso realiza una llamada bloqueante.
+ = El proceso se ejecuta en el procesador 1.
- = El proceso se ejecuta en el procesador 2.
< = Instante de llegada del proceso.
> = Instante de finalización del proceso.
* = El proceso es abortado.

| | | | | | | | 1 | 2 | 3 | 4 | | | | 3 | 4 | | |
Pa < | | | | | | |---|---|---|---B | | P---|---*
| | | | | | | | | |i=0| | | | |i=1| | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| 1 | 2 | 3 | 2 | 3 | 2 | 4 | | | | | | | | | | | |
Pb <---|---|---|---|---|---|---B | | P FIN | | | | | | |
| | |i=0| |i=1| |i=2| | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | |
Planificador X | | | | | | X | | | X | | X | X | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___> t
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Puesto que <math>P_b</math> tiene más prioridad de <math>P_a</math> y ambos se lanzan a la vez, el planificador da paso al proceso <math>P_b</math> en primer lugar. --[[Usuario:Pneira|Pneira]] 12:19 11 nov 2011 (UTC)

== Apartado 2 ==

B = El proceso pasa a estado bloqueado.
P = El proceso pasa a estado preparado.
+ = El proceso se ejecuta en el procesador 1.
- = El proceso se ejecuta en el procesador 2.
< = Instante de llegada del proceso.
> = Instante de finalización del proceso.

| 1 | 2 | 3 | 4 | | | | 3 | 4 | | | | 3 | 5 | | | | |
Pa <+++|+++|+++|+++B | | P+++|+++B | | P+++|+++> | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| 1 | 2 | 3 | 2 | 3 | 2 | 4 | | | | | | | | | | |
Pb <---|---|---|---|---|---|---B | | > | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | |
planif. | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___|___
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 t

Recuerda: Que la asignación sea dinámica significa que los procesos '''podrían''' pasar de un procesador a otro si al pasar a estado preparado se encuentran con que el procesador que estaban empleando está ocupado y hay otro procesador libre. --[[Usuario:Pneira|Pneira]] 12:19 11 nov 2011 (UTC)

Revisado. --[[Usuario:Pneira|Pneira]] 18:08 23 nov 2011 (UTC)

= Ejercicio 4 =

| | | cola2 cola2 cola2
Pa<--B | | P ---B P--| P--F
| | | | | | | | | | |
Pb| <-----B | | ---B | P ---P | ---F
| | cola1 | | | | | |cola1| |
Pc| | < ------P | ------P |--| |--F
| | | | cola1 | | | | cola1| |
---|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|--|>
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Indice de penalización del ejercicio

-------------
| Ipa= 14/4 |
| Ipb= 14/5 |
| Ipc= 11/6 |
-------------
--[[Usuario:Jescrerui|JCR]] 20:37 19 nov 2012 (UTC)

Ejercicios otros aspectos de la planificación

2012-11-19T20:26:19Z

Jescrerui: /* Ejercicio 4 */

Solución de los ejercicios de procesos

2012-11-09T22:16:31Z

Jescrerui: /* Ejercicio 3 */

== Ejercicio 1 ==
'''Propuesta de solución:'''
Los procesos A y C presentan un comportamiento con cierta tendencia bloqueante, por lo que se les puede clasificar como interactivos.

El proceso B en cambio, no presenta bloqueos, por lo que se le puede considerar un proceso con comportamiento por lotes.

--[[Usuario:Ferguatol|fernandoenzo]] 17:33 27 oct 2011 (UTC)

== Ejercicio 2 ==

'''Posible solución:'''

Un hilo es una línea de ejecución o "proceso ligero". El sistema operativo ofrece llamadas al sistema para crear/destruir hilos. Desde el código del programa, puedo hacer uso de estas llamadas al sistema. Además, dos o más hilos, de un mismo proceso, comparten espacio de memoria. Mencionar también que la conmutación de hilos es menos costosa que la conmutación de procesos.

Las ventajas principales son:

- Menor penalización en cuanto a conmutación.

- Dos hilos de un mismo proceso pueden compartir memoria aprovechando mejor los recursos y eliminando los mecanismos de comunicación necesarios para soluciones implementadas en varios procesos.

- Con un solo procesador es posible que una línea de proceso haga uso de una llamada al sistema bloqueante. En este caso se puede llamar a otro hilo del mismo proceso en lugar de conmutar a otro proceso externo, ahorrando así tiempo de conmutación asociado a la ejecución del planificador de procesos.

--[[Usuario:Raflopseg|Rafael López Segura]] 10:21 16 nov 2011 (UTC).

== Ejercicio 3 ==
'''Propuesta de solución:'''
* '''Activo''': el proceso está empleando la CPU, por tanto, está ejecutándose. Pueden haber tantos procesos activos como procesadores haya disponibles. Por tanto, si el sistema dispone de un único procesador, únicamente puede haber un proceso activo a la vez.
* '''Preparado''': el proceso no está ejecutándose pero es candidato a pasar a estado activo. Es el planificador el que, en base a un criterio de planificación, decide qué proceso selecciona de la lista de procesos preparados para pasar a estado activo.
* '''Bloqueado''': el proceso está pendiente de un evento externo que le ha hecho bloquear, tales como una operación de lectura/escritura, la espera de finalización de un proceso hijo, una señal o una operación sobre un semáforo. El dispositivo/hecho externo "avisa" al S.O. cuando ha terminado la acción que realizaba mediante una INTERRUPCIÓN, dejando el S.O. lo que está haciendo para atender a esta última. Tras esto, el S.O. comprueba cuales son los procesos que fueron bloqueados por ese evento externo, cambiándolos al estado de preparado.

La transición de activo a preparado y viceversa depende de decisiones tomadas por el '''planificador del sistema operativo''' en base a un cierto criterio. La transición de activo a bloqueado, y de bloqueado a preparado puede inducirlas el programador mediante llamadas al sistema.

[[Archivo:SSOO2.jpg]]

Hay tres posibles situaciones en las que se ejecutará el planificador del sistema operativo:
* El proceso que se encuentra en el estado activo hace una llamada al sistema que, por su naturaleza, resulta en una transición al estado bloqueado. Este es el caso de las llamadas read(), write(), wait(), pause(), entre muchas otras. Al pasar a estado bloqueado, se invoca al planificador para que decida que otro proceso se asignará al procesador.
* Si el proceso que se encuentra en el estado activo excede el tiempo máximo de asignación, en caso de que lo hubiere.
* Si el proceso que hasta ese momento se encontraba en estado activo termina de ejecutar su código.

--[[Usuario:Jescrerui|JCR]] 22:16 9 nov 2012 (UTC)

Solución de los ejercicios de procesos

2012-11-09T22:15:21Z

Jescrerui: /* Ejercicio 2 */

Ejercicios Procesos

2012-11-09T22:13:02Z

Jescrerui:

Se muestran a continuación una serie de ejercicios relacionados con el temario de procesos.

Para ver las soluciones a los ejercicios, ir hacia [[solución de los ejercicios de procesos]].

== Ejercicio 1 ==
''[Este ejercicio fue parte del Primer Control de Evaluación Contínua en el curso 2010/11, del 23 de marzo de 2011]''
{| border="2" cellpadding="4" cellspacing="0" style="margin: 1em 1em 1em 0; background: #f9f9f9; border: 1px #aaa solid; border-collapse: collapse; font-size: 95%;"
! width="50" style="background:#efefef;" | Proceso
! width="50" style="background:#efefef;" | H0
! width="50" style="background:#efefef;" | t
|-
| PA
| 0
| 3
|-
| PB
| 1
| 5
|-
| PC
| 2
| 6
|}

Considerando que una unidad de tiempo es de 50 ms, PA cada unidad de tiempo pasa a estado bloqueante por dos unidades y PC cada dos unidades de tiempo pasa a bloqueante una unidad, catalogue los procesos A,B y C según su comportamiento (en base a la clasificación de tipos de procesos vista en clase). (''[[Solución de los ejercicios de procesos#Ejercicio 1|Ver solución]]'')

== Ejercicio 2 ==
''[Este ejercicio fue parte del Primer Control de Evaluación Contínua en el curso 2011/12, del 8 de Noviembre de 2011]''

Definición de hilo y sus propiedades. Ventajas del uso de hilos.(''[[Solución de los ejercicios de procesos#Ejercicio 2|Ver solución]]'')

== Ejercicio 3 ==
''[Este ejercicio fue parte del Primer Control de Evaluación Contínua en el curso 2012/13, del 9 de Noviembre de 2012]''

Dibuje el diagrama de estados de procesos simplificado incluyendo la razón brevemente la razón para pasar de una a otra (''[[Solución de los ejercicios de procesos#Ejercicio 3|Ver solución]]'')

Archivo:Proceso Tipo 1.svg

2012-10-13T15:33:20Z

Jescrerui:

Modelos de Diseño de Sistemas Operativos

2012-10-10T14:05:19Z

Jescrerui: /* Sistemas operativos Híbridos */

= 2.5. Modelos de Diseño de SSOO =

== Modos de operación del procesador ==

Para entender los modelos de diseño de los sistemas operativos, tenemos que hacer referencia a los modos de ejecución del procesador. El modo de ejecución del procesador indica qué conjunto de instrucciones y a qué recursos del procesador se puede acceder en un cierto instante de tiempo.

En la actualidad, un procesador ofrece como mínimo dos modos de operación(ejecución) que son:

* '''Modo privilegiado'''(supervisor), que permite la ejecución de todo el conjunto de instrucciones que ofrece el procesador (no tiene ninguna relación con el modo "root" o administrador de algunos sistemas operativos).
* '''Modo no privilegiado'''(usuario), que tiene algunas restricciones de acceso a aspectos del procesador o de ejecución de instrucciones.

== Núcleo del sistema operativo ==

El núcleo del sistema operativo, también conocido por la terminología inglesa ''kernel'', es la parte más esencial del sistema operativo. Se trata de la capa visible del software más baja del sistema que provee y gestiona los recursos del sistema de forma segura a través de las llamadas al sistema.

El núcleo de un sistema operativo suele operar en modo privilegiado. Al operar en dicho modo un error de programación en el núcleo del sistema operativo puede resultar en un error fatal del cual el sistema sólo puede recuperarse mediante el reinicio del sistema. A tal error fatal también se le conoce en los sistemas operativos UNIX por la locución inglesa ''[http://es.wikipedia.org/wiki/Kernel_panic kernel panic]'' y en los sistemas operativos Windows por el nombre de ''[http://www.google.es/url?sa=t&source=web&cd=1&ved=0CCwQFjAA&url=http%3A%2F%2Fes.wikipedia.org%2Fwiki%2FPantalla_azul_de_la_muerte&ei=s02WTqvCCMjHtAaxuJyBBA&usg=AFQjCNE2tZra15VdohxjrhSogTQZOVedKg Pantallazo azul o BSOD]''.

== Tipos de Sistemas Operativos ==

Los sistemas operativos se pueden clasificar en base a la cantidad de funcionalidad implementada en su núcleo. En general distinguimos dos tipos de sistemas operativos:

* '''Monolíticos:''' son núcleos de gran tamaño (muchas líneas de código) con un alto número de funcionalidades, las cuales normalmente son compiladas junto al núcleo en el mismo momento.
* '''Micronúcleos:''' son núcleos de pequeño tamaño que fueron compilados sólo con las necesidades más básicas del sistema operativo. El resto de funcionalidades son añadidas mediante la adición de módulos externos al núcleo, lo que les proporciona flexibilidad y facilidad de ampliación en detrimento del desempeño necesario para la gestión dinámica de éstos.
* '''Pico/Nanonúcleos:''' se puede considerar un subtipo de Micronúcleo, son núcleos muy pequeños y flexibles, incluso mas pequeños que los Micronúcleos. Se usan en sistemas muy específicos, como satélites, en los que ya se sabe los procesos que se van a realizar. Son muy fiables.

No obstante, existen tipologías híbridas o que acentúan algunos aspectos, que también detallamos en esta sección.

[[Archivo:OS-structure2b(EDITADO).svg‎ |880px| Comparativa de distribución de funcionalidades entre distintos tipos de SO]]

=== Sistemas operativos Monolíticos ===

Los sistema operativos monolíticos se caracterizan por emplear un núcleo que implementa la planificación de procesos, el sistema de comunicación de procesos, el sistema de sincronizacion de procesos, la administración de la memoria principal, la administración de ficheros y la gestión de los dispositivos de entrada/salida. Por tanto, a mayor funcionalidad implementada en el núcleo, mayor número de líneas de código que se ejecutan en modo privilegiado.

Los sistemas operativos monolíticos son los predominantes hoy día, algunos ejemplos son:

* Sistemas operativos UNIX, tales como FreeBSD, NetBSD y OpenBSD.
* Sistemas operativos GNU/Linux.
* DOS, tales como MS-DOS y DR-DOS.

Como inconveniente, al emplear un núcleo que incluye gran parte de las funcionalidades básicas del sistema operativo, dispone de un alto número de líneas de código ejecutándose en modo privilegiado. Por ello, un error de programación en el núcleo puede provocar un ''kernel panic''. Además el hecho de añadir nuevas funcionalidades provocaría una nueva recompilación del núcleo llevando a reiniciar el sistema para que se apliquen los nuevos cambios.

Como principal ventaja, los sistemas operativo monolíticos ofrecen un alto rendimiento puesto que las peticiones entre los diferentes componentes se reducen a invocaciones de funciones.

=== Sistemas operativos Micronúcleo ===

También conocidos como sistemas operativos exokernel o exonúcleo, se caracterizan por disponer de un núcleo que implementa únicamente:

* Planificación de procesos
* Mecanismo de comunicación entre procesos
* Gestión de interrupciones

Además, existen procesos servidores que están fuera del núcleo, que se ejecutan en modo no privilegiado del procesador, y que implementan la:

* Administración de memoria principal
* Administración de ficheros
* Gestión de dispositivos de entrada/salida.

Siguiendo este esquema, cuando un proceso cualquiera solicita un servicio a través de una llamada al sistema, el micronúcleo canaliza la petición al proceso servidor correspondiente. Dicha comunicación se realiza mediante mensajería.

La principal ventaja de los sistemas operativos micronúcleo es que, al ejecutar menos líneas de código en modo privilegiado, de manera intuitiva son más fiables. Otras ventajas son que se garantiza el aislamiento de las partes que están fuera del núcleo, como los módulos son independientes unos de otros, si cae alguno de ello los demás no se ven afectados y pueden seguir funcionando.

Sin embargo, el principal problema que presentan es el rendimiento, puesto que cualquier petición requiere mensajería, que lleva consigo un coste extra debido a la construcción de los mensajes, el reparto y la interpretación. Son estos problemas relacionados con el rendimiento los que hacen que no existan sistemas operativos micronúcleo desplegables en productivo, a excepción de Minix 2, que tiene propósitos educativos. Otro ejemplo de micronúcleo es Symbian OS.

=== Sistemas operativos Híbridos ===

Los núcleos híbridos fundamentalmente son micronúcleos que tienen algo de código «no esencial» en espacio de núcleo para que éste se ejecute más rápido de lo que lo haría si estuviera en espacio de usuario. Éste fue un compromiso que muchos desarrolladores de los primeros sistemas operativos con arquitectura basada en micronúcleo adoptaron antes que se demostrara que los micronúcleos pueden tener peor rendimiento. La mayoría de sistemas operativos modernos pertenecen a esta categoría, siendo el más popular Microsoft Windows. XNU, el núcleo de Mac OS X, también es un micronúcleo modificado, debido a la inclusión de código del núcleo de FreeBSD en el núcleo basado en Mach. DragonFlyBSD es el primer sistema BSD que adopta una arquitectura de núcleo híbrido sin basarse en Mach.

Algunos ejemplos de núcleos híbridos:

* Microsoft Windows NT, usado en todos los sistemas que usan el código base de Windows NT
* XNU (usado en Mac OS X)
* DragonFlyBSD
* ReactOS

Hay gente que confunde el término «núcleo híbrido» con los núcleos monolíticos que pueden cargar módulos después del arranque, lo que es un error. «Híbrido» implica que el núcleo en cuestión usa conceptos de arquitectura o mecanismos tanto del diseño monolítico como del micronúcleo, específicamente el paso de mensajes y la migración de código «no esencial» hacia el espacio de usuario, pero manteniendo cierto código «no esencial» en el propio núcleo por razones de rendimiento.

== Otro material a consultar ==

El estudiante puede encontrar el siguiente material de interés para complementar sus conocimientos:

* Debate entre Linus Torvalds, creador del núcleo Linux, que sigue el paradigma monolítico y Andrew S. Tanembaum, creador de Minux, que sigue el modelo micronúcleo: http://oreilly.com/catalog/opensources/book/appa.html (en inglés).

Modelos de Diseño de Sistemas Operativos

2012-10-05T17:19:02Z

Jescrerui: /* Tipos de Sistemas Operativos */

= 2.5. Modelos de Diseño de SSOO =

== Modos de operación del procesador ==

Para entender los modelos de diseño de los sistemas operativos, tenemos que hacer referencia a los modos de ejecución del procesador. El modo de ejecución del procesador indica qué conjunto de instrucciones y a qué recursos del procesador se puede acceder en un cierto instante de tiempo.

En la actualidad, un procesador ofrece como mínimo dos modos de operación(ejecución) que son:

* '''Modo supervisor''', que permite la ejecución de todo el conjunto de instrucciones que ofrece el procesador (no tiene ninguna relación con el modo "root" o administrador de algunos sistemas operativos).
* '''Modo usuario''', que tiene algunas restricciones de acceso a aspectos del procesador o de ejecución de instrucciones.

== Núcleo del sistema operativo ==

El núcleo del sistema operativo, también conocido por la terminología inglesa ''kernel'', es la parte más esencial del sistema operativo. Se trata de la capa visible del software más baja del sistema que provee y gestiona los recursos del sistema de forma segura a través de las llamadas al sistema.

El núcleo de un sistema operativo suele operar en modo supervisor. Al operar en dicho modo un error de programación en el núcleo del sistema operativo puede resultar en un error fatal del cual el sistema sólo puede recuperarse mediante el reinicio del sistema. A tal error fatal también se le conoce en los sistemas operativos UNIX por la locución inglesa ''[http://es.wikipedia.org/wiki/Kernel_panic kernel panic]'' y en los sistemas operativos Windows por el nombre de ''[http://www.google.es/url?sa=t&source=web&cd=1&ved=0CCwQFjAA&url=http%3A%2F%2Fes.wikipedia.org%2Fwiki%2FPantalla_azul_de_la_muerte&ei=s02WTqvCCMjHtAaxuJyBBA&usg=AFQjCNE2tZra15VdohxjrhSogTQZOVedKg Pantallazo azul o BSOD]''.

== Tipos de Sistemas Operativos ==

Los sistemas operativos se pueden clasificar en base a la cantidad de funcionalidad implementada en su núcleo. En general distinguimos dos tipos de sistemas operativos:

* '''Monolíticos:''' son núcleos de gran tamaño (muchas líneas de código) con un alto número de funcionalidades, las cuales normalmente son compiladas junto al núcleo en el mismo momento.
* '''Micronúcleos:''' son núcleos de pequeño tamaño que fueron compilados sólo con las necesidades más básicas del sistema operativo. El resto de funcionalidades son añadidas mediante la adición de módulos externos al núcleo, lo que les proporciona flexibilidad y facilidad de ampliación en detrimento del desempeño necesario para la gestión dinámica de éstos.
* '''Pico/Nanonúcleos:''' se puede considerar un subtipo de Micronúcleo, son núcleos muy pequeños y flexibles, incluso mas pequeños que los Micronúcleos. Se usan en sistemas muy específicos, como satélites, en los que ya se sabe los procesos que se van a realizar. Son muy fiables.

No obstante, existen tipologías híbridas o que acentúan algunos aspectos, que también detallamos en esta sección.

[[Archivo:OS-structure2b(EDITADO).svg‎ |880px| Comparativa de distribución de funcionalidades entre distintos tipos de SO]]

=== Sistemas operativos Monolíticos ===

Los sistema operativos monolíticos se caracterizan por emplear un núcleo que implementa la planificación de procesos, el sistema de comunicación de procesos, el sistema de sincronizacion de procesos, la administración de la memoria principal, la administración de ficheros y la gestión de los dispositivos de entrada/salida. Por tanto, a mayor funcionalidad implementada en el núcleo, mayor número de líneas de código que se ejecutan en modo supervisor.

Los sistemas operativos monolíticos son los predominantes hoy día, algunos ejemplos son:

* Sistemas operativos UNIX, tales como FreeBSD, NetBSD y OpenBSD.
* Sistemas operativos GNU/Linux.
* DOS, tales como MS-DOS y DR-DOS.

Como inconveniente, al emplear un núcleo que incluye gran parte de las funcionalidades básicas del sistema operativo, dispone de un alto número de líneas de código ejecutándose en modo supervisor. Por ello, un error de programación en el núcleo puede provocar un ''kernel panic''. Además el hecho de añadir nuevas funcionalidades provocaría una nueva recompilación del núcleo llevando a reiniciar el sistema para que se apliquen los nuevos cambios.

Como principal ventaja, los sistemas operativo monolíticos ofrecen un alto rendimiento puesto que las peticiones entre los diferentes componentes se reducen a invocaciones de funciones.

=== Sistemas operativos Micronúcleo ===

También conocidos como sistemas operativos exokernel o exonúcleo, se caracterizan por disponer de un núcleo que implementa únicamente:

* Planificación de procesos
* Mecanismo de comunicación entre procesos
* Gestión de interrupciones

Además, existen procesos servidores que están fuera del núcleo, que se ejecutan en modo usuario del procesador, y que implementan la:

* Administración de memoria principal
* Administración de ficheros
* Gestión de dispositivos de entrada/salida.

Siguiendo este esquema, cuando un proceso cualquiera solicita un servicio a través de una llamada al sistema, el micronúcleo canaliza la petición al proceso servidor correspondiente. Dicha comunicación se realiza mediante mensajería.

La principal ventaja de los sistemas operativos micronúcleo es que, al ejecutar menos líneas de código en modo supervisor, de manera intuitiva son más fiables. Otras ventajas son que se garantiza el aislamiento de las partes que están fuera del núcleo, como los módulos son independientes unos de otros, si cae alguno de ello los demás no se ven afectados y pueden seguir funcionando.

Sin embargo, el principal problema que presentan es el rendimiento, puesto que cualquier petición requiere mensajería, que lleva consigo un coste extra debido a la construcción de los mensajes, el reparto y la interpretación. Son estos problemas relacionados con el rendimiento los que hacen que no existan sistemas operativos micronúcleo desplegables en productivo, a excepción de Minix 2, que tiene propósitos educativos. Otro ejemplo de micronúcleo es Symbian OS.

=== Sistemas operativos Híbridos ===

Los núcleos híbridos fundamentalmente son micronúcleos que tienen algo de código «no esencial» en espacio de núcleo para que éste se ejecute más rápido de lo que lo haría si estuviera en espacio de usuario. Éste fue un compromiso que muchos desarrolladores de los primeros sistemas operativos con arquitectura basada en micronúcleo adoptaron antes que se demostrara que los micronúcleos pueden tener muy buen rendimiento. La mayoría de sistemas operativos modernos pertenecen a esta categoría, siendo el más popular Microsoft Windows. XNU, el núcleo de Mac OS X, también es un micronúcleo modificado, debido a la inclusión de código del núcleo de FreeBSD en el núcleo basado en Mach. DragonFlyBSD es el primer sistema BSD que adopta una arquitectura de núcleo híbrido sin basarse en Mach.

Algunos ejemplos de núcleos híbridos:

* Microsoft Windows NT, usado en todos los sistemas que usan el código base de Windows NT
* XNU (usado en Mac OS X)
* DragonFlyBSD
* ReactOS

Hay gente que confunde el término «núcleo híbrido» con los núcleos monolíticos que pueden cargar módulos después del arranque, lo que es un error. «Híbrido» implica que el núcleo en cuestión usa conceptos de arquitectura o mecanismos tanto del diseño monolítico como del micronúcleo, específicamente el paso de mensajes y la migración de código «no esencial» hacia el espacio de usuario, pero manteniendo cierto código «no esencial» en el propio núcleo por razones de rendimiento.

== Otro material a consultar ==

El estudiante puede encontrar el siguiente material de interés para complementar sus conocimientos:

* Debate entre Linus Torvalds, creador del núcleo Linux, que sigue el paradigma monolítico y Andrew S. Tanembaum, creador de Minux, que sigue el modelo micronúcleo: http://oreilly.com/catalog/opensources/book/appa.html (en inglés).

Archivo:OS-structure2b(EDITADO).svg

2012-10-05T17:16:42Z

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