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Mensajería

2011-12-12T12:03:23Z

Marturnev: /* Denominación Indirecta */

Un mensaje es un contenedor que se emplea para intercambiar información entre dos o más procesos. Los mensajes tienen un cierto formato generalmente compuesto por una cabecera, que contiene información sobre la fuente y el destinatario, y un cuerpo, que contiene información específica.

Los mecanismos de mensajería se refiere al conjunto de funcionalidades que permiten al sistema operativo realizar la entrega de un mensaje a uno o varios procesos. Mediante dicho mecanismo también es posible resolver problemas de concurrencia.

Los sistemas operativos generalmente ofrecen dos llamadas al sistema para que un proceso pueda enviar y recibir mensajes:

* '''send(mensaje, destino)''': Para enviar un mensaje
* '''recv(mensaje)'''': Para recibir un mensaje

Cualquier proceso que necesite comprobar si tiene mensajes para ser procesados por él debe invocar la llamada al sistema '''recv'''.

== Formas de identificación ==

Para identificar la fuente y el destino de nuestro mensaje se pueden emplear dos estrategias.

=== Denominación Directa ===

En este caso se emplea un ID que permite identificar a la fuente y al destinatario de manera unívoca en el sistema, por ejemplo, el PID de un proceso. La denominación directa permite tres configuraciones:

* ''Unicast'', de manera que la comunicación sucede entre una fuente y un destinatario.
* ''Broadcast'', el emisor envía un mensaje a '''todos''' los procesos existentes en el sistema.
* ''Multicast'', el emisor envía un mensaje a un grupo de procesos, siendo un grupo un subconjunto de procesos existentes en el sistema. El sistema operativo debe ofrecer llamadas al sistema que permitan a los procesos crear grupos y suscribirse a ellos. Un proceso puede suscribirse a tantos grupos como le sea necesario.

El principal inconveniente de la denominación directa es que se pierde el mensaje si el destino no se encuentra.

=== Denominación Indirecta ===

Se emplea un elemento intermediario denominado ''buzón''. El sistema operativo ofrece llamadas al sistema que permiten la creación y destrucción de buzones, por ejemplo, '''CreateMailbox''' y '''DestroyMailbox'''. Una vez creado el buzón, se emplea éste para realizar la comunicación entre procesos.

Con los buzones se pueden emplear cuatro formas diferentes de comunicación:
*Buzón limitado : De un proceso a otro.
*Buzón de entrada: De varios a uno.
*Buzón de salida: De uno a varios.
*Buzón múltiple: Varios procesos entre sí con el mismo buzón.

El receptor no conoce la identidad de quien envía el mensaje, a menos que el SO se haya encargado de ello. El problema surge cuando un proceso intruso y éste lee los mensajes de los buzones. Para remediarlo el SO establece permisos de acceso o contraseñas. O para evitar que el proceso infiltrado manipule los mensajes se puede también implementar firmas de certificación. y así garantizar la identidad de los remitentes.

== Formas de transmisión ==

Distinguimos tres formas de transmisión: Transmisión por copia, transmisión por referencia y transmisión por copia en caso de escritura.

=== Transmisión por copia ===

Si se emplea ''denominación directa'', al invocar el receptor la llamada ''recv'', el mensaje se copia del espacio de memoria del emisor al espacio de receptor. Esta forma de implementar la transmisión tiene un coste de orden lineal <math>O(n)</math>.

Si se emplea ''denominación indirecta'', al invocar ''send'' el emisor, el mensaje se copia del espacio de emisor al espacio del buzón, que se encuentra en el espacio de memoria del sistema operativo. Una vez que el receptor invoca ''receive'', se copia el mensaje al espacio de memoria que el receptor ha habilitado para almacenar el mensaje.

=== Transmisión por referencia ===

Es una mejora frente al mecanismo de transmisión por copia. Básicamente, en lugar de copiar el mensaje, lo que supone un coste de <math>O(n)</math>, se le devuelve al receptor una dirección de memoria en la que se encuentra el mensaje, lo que supone únicamente 4 u 8 bytes dependiendo del tamaño de palabra del procesador (si es de 32-bits o 64-bits).

Si se emplea junto a la '''denominación directa''', el sistema operativo le devuelve al receptor un puntero a la dirección en la que se encuentra el mensaje. Si el mensaje está en el espacio del emisor, son necesarios mecanismos explícitos de compartición de memoria entre procesos, ya que dos procesos cualquiera no comparten memoria. Si el mensaje está en el espacio del sistema operativo, éste debe ofrecer a los procesos mecanismos para acceder a su espacio de memoria-

Si se emplea junto a la '''denominación indirecta''', el emisor crea un mensaje en el espacio del sistema operativo y se le ofrece un puntero al receptor.

=== Transmisión por copia de escritura ===

El mensaje sólo se copia si se modifica por emisor o receptor.

== Formas de comunicación ==

* Comportamiento del emisor, '''send()'''
** ''Síncrona'': el proceso emisor que realiza el send() queda bloqueado hasta que el receptor llama a recv() y el proceso bloqueado pasa a estado preparado.
** ''Asíncrona'': suponemos una estructura de datos con capacidad de almacenamiento limitada, dependiente del proceso destinatario o en el buzón del SO. Al ser enviados, los mensajes irán encolándose para que el proceso receptor pueda gestionarlos cuando pueda. De esta manera se aumenta el rendimiento pero se requiere de políticas adicionales de tratamiento de los mensajes si la capacidad de almacenamiento de la estructura de datos se ve sobrepasada(PE, eliminación de mensajes, realocalización de memoria, etc..)

* Comportamiento del receptor, '''recv()'''
** ''Bloqueante'': una llamada a recv() sin mensajes a procesar pasa el proceso llamante a estado bloqueado. Un send() de otro proceso que añada un mensaje a la cola del proceso bloqueado hace que éste pase a estado preparado.
** ''No bloqueante'': una llamada a recv() sin mensajes a procesar devuelve un mensaje de error, pero la ejecución del proceso llamante continúa.

Entendemos por proceso llamante a aquel que hace uso de las llamadas send() y recv().

== Formato de los mensajes ==

=== Fijo ===

Los procesos acuerdan emplear un formato fijo para sus mensajes.

'''Ejemplo''': Simple Network Time Protocol.<ref> Véase http://tools.ietf.org/html/rfc4330, sección 4, Message Format.</ref>

1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|LI | VN |Mode | Stratum | Poll | Precision |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Root Delay |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Root Dispersion |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Reference Identifier |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Reference Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Originate Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Receive Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Transmit Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Key Identifier (optional) (32) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| |
| Message Digest (optional) (128) |
| |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

=== Variable ===

* Type-Length-Value

'''Ejemplo''': Usado en Netlink para la codificación de atributos de un mensaje.<ref>Ver Communicating between the kernel and user-space in Linux using Netlink Sockets (http://1984.lsi.us.es/~pablo/docs/spae.pdf)</ref>
{| border="2" cellpadding="4" cellspacing="0" style="margin: 1em 1em 1em 0; background: #f9f9f9; border: 1px #aaa solid; border-collapse: collapse; font-size: 95%;"
|+ align="center" style="background:DarkSlateBlue; color:white"|'''Type-Length-Value'''
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 0
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 1
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 2
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 3
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 4
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 5
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 6
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 7
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 8
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 9
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 10
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 11
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 12
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 13
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 14
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 15
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! width="15 px" style="background:#efefef;" | 17
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 18
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 19
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! width="15 px" style="background:#efefef;" | 28
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 29
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 30
! width="15 px" style="background:#efefef;" | 31

|-
| colspan=16, align="center"| Length
| colspan=16, align="center"| Type
|-
| colspan=32, align="center"| Value
|}

* Text-based human-readable.

#Comma-Separated Value (CSV). http://en.wikipedia.org/wiki/Comma-separated_values
#Extensible Markup Language (XML). http://en.wikipedia.org/wiki/XML
#JavaScript Object Notation (JSON). http://en.wikipedia.org/wiki/JSON

=== Mixto ===

Los procesos acuerdan emplear mensaje con partes cuyo formato es fijo, como por ejemplo una cabecera inicial, seguido de partes de tamaño variable.

'''Ejemplo''': Internet Protocol (IPv4).<ref>Ver http://www.ietf.org/rfc/rfc791.txt, sección 3.1.</ref>

0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version| IHL |Type of Service| Total Length |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Identification |Flags| Fragment Offset |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Time to Live | Protocol | Header Checksum |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Source Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Destination Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Options | Padding |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
/ /
/ Payload /
/ /
/////////////////////////////////////////////////////////////////

== Mensajería a través de la red ==

* Unicidad del destinatario
* Fiabilidad en la transmisión
* Formato de los datos (http://www.cs.umd.edu/class/sum2003/cmsc311/Notes/Data/endian.html): Enviar un entero a través de la red puede ser un problema debido a la forma en el que se representan los datos en la memoria dependiente de la arquitectura. Por ejemplo, un PC con arquitectura Intel x86 emplea formato little-endian, mientras que un SPARC de Sun Microsystems (ahora Oracle) emplea big-endian.

** Little Endian: Bytes menos significativo al principio.

<source lang="c">
int main(void)
{
int a = 10, i;
char *p = &a;

for (i=0; i<sizeof(a); i++) {
printf("posición %d: %.2x\n", i, p[i]);
}
}
</source>

Muestra el siguiente resultado en un PC:

posición 0: 0a (n+3)
posición 1: 00 (n+2)
posición 2: 00 (n+1)
posición 3: 00 (n)

** Big Endian: Bytes menos significativo al final.

posición 0: 00 (n)
posición 1: 00 (n+1)
posición 2: 00 (n+2)
posición 3: 0a (n+3)

En Internet se sigue la convención de expresar datos en Big Endian, habría que hacer la conversión. Habría que usar '''ntohl''' (network to host long).

En little-endian, la implementación de ntohl es la siguiente:

#define __constant_ntohl(x) ___constant_swab32((__be32)(x)

Ver /usr/include/linux/byteorder/little_endian.h

mientras que en big-endian es:

#define __constant_ntohl(x) ((__u32)(__be32)(x))

Si empleamos formato textuales, como CSV, XML o JSON, que codifican la información en bytes, no tenemos este problema.

==Referencias==
<references/>

Mensajería

2011-12-12T12:02:43Z

Marturnev: /* Denominación Indirecta */

Un mensaje es un contenedor que se emplea para intercambiar información entre dos o más procesos. Los mensajes tienen un cierto formato generalmente compuesto por una cabecera, que contiene información sobre la fuente y el destinatario, y un cuerpo, que contiene información específica.

Los mecanismos de mensajería se refiere al conjunto de funcionalidades que permiten al sistema operativo realizar la entrega de un mensaje a uno o varios procesos. Mediante dicho mecanismo también es posible resolver problemas de concurrencia.

Los sistemas operativos generalmente ofrecen dos llamadas al sistema para que un proceso pueda enviar y recibir mensajes:

* '''send(mensaje, destino)''': Para enviar un mensaje
* '''recv(mensaje)'''': Para recibir un mensaje

Cualquier proceso que necesite comprobar si tiene mensajes para ser procesados por él debe invocar la llamada al sistema '''recv'''.

== Formas de identificación ==

Para identificar la fuente y el destino de nuestro mensaje se pueden emplear dos estrategias.

=== Denominación Directa ===

En este caso se emplea un ID que permite identificar a la fuente y al destinatario de manera unívoca en el sistema, por ejemplo, el PID de un proceso. La denominación directa permite tres configuraciones:

* ''Unicast'', de manera que la comunicación sucede entre una fuente y un destinatario.
* ''Broadcast'', el emisor envía un mensaje a '''todos''' los procesos existentes en el sistema.
* ''Multicast'', el emisor envía un mensaje a un grupo de procesos, siendo un grupo un subconjunto de procesos existentes en el sistema. El sistema operativo debe ofrecer llamadas al sistema que permitan a los procesos crear grupos y suscribirse a ellos. Un proceso puede suscribirse a tantos grupos como le sea necesario.

El principal inconveniente de la denominación directa es que se pierde el mensaje si el destino no se encuentra.

=== Denominación Indirecta ===

Se emplea un elemento intermediario denominado ''buzón''. El sistema operativo ofrece llamadas al sistema que permiten la creación y destrucción de buzones, por ejemplo, '''CreateMailbox''' y '''DestroyMailbox'''. Una vez creado el buzón, se emplea éste para realizar la comunicación entre procesos.

Con los buzones se pueden emplear cuatro formas diferentes de comunicación:
*Buzón limitado : De un proceso a otro.
*Buzón de entrada: De varios a uno.
*Buzón de salida: De uno a varios.
*Buzón múltiple: Varios procesos entre sí con el mismo buzón.

El receptor no conoce la identidad de quien envía el mensaje, a menos que el SO se haya encargado de ello. El problema surge cuando un proceso intruso y éste lee los mensajes de los buzones. Para remediarlo el SO establece permisos de acceso o contraseñas. O para evitar que el proceso infiltrado manupule los mensajes se puede también implementar firmas de certificación. y así garantizar la identidad de los remitentes.

== Formas de transmisión ==

Distinguimos tres formas de transmisión: Transmisión por copia, transmisión por referencia y transmisión por copia en caso de escritura.

=== Transmisión por copia ===

Si se emplea ''denominación directa'', al invocar el receptor la llamada ''recv'', el mensaje se copia del espacio de memoria del emisor al espacio de receptor. Esta forma de implementar la transmisión tiene un coste de orden lineal <math>O(n)</math>.

Si se emplea ''denominación indirecta'', al invocar ''send'' el emisor, el mensaje se copia del espacio de emisor al espacio del buzón, que se encuentra en el espacio de memoria del sistema operativo. Una vez que el receptor invoca ''receive'', se copia el mensaje al espacio de memoria que el receptor ha habilitado para almacenar el mensaje.

=== Transmisión por referencia ===

Es una mejora frente al mecanismo de transmisión por copia. Básicamente, en lugar de copiar el mensaje, lo que supone un coste de <math>O(n)</math>, se le devuelve al receptor una dirección de memoria en la que se encuentra el mensaje, lo que supone únicamente 4 u 8 bytes dependiendo del tamaño de palabra del procesador (si es de 32-bits o 64-bits).

Si se emplea junto a la '''denominación directa''', el sistema operativo le devuelve al receptor un puntero a la dirección en la que se encuentra el mensaje. Si el mensaje está en el espacio del emisor, son necesarios mecanismos explícitos de compartición de memoria entre procesos, ya que dos procesos cualquiera no comparten memoria. Si el mensaje está en el espacio del sistema operativo, éste debe ofrecer a los procesos mecanismos para acceder a su espacio de memoria-

Si se emplea junto a la '''denominación indirecta''', el emisor crea un mensaje en el espacio del sistema operativo y se le ofrece un puntero al receptor.

=== Transmisión por copia de escritura ===

El mensaje sólo se copia si se modifica por emisor o receptor.

== Formas de comunicación ==

* Comportamiento del emisor, '''send()'''
** ''Síncrona'': el proceso emisor que realiza el send() queda bloqueado hasta que el receptor llama a recv() y el proceso bloqueado pasa a estado preparado.
** ''Asíncrona'': suponemos una estructura de datos con capacidad de almacenamiento limitada, dependiente del proceso destinatario o en el buzón del SO. Al ser enviados, los mensajes irán encolándose para que el proceso receptor pueda gestionarlos cuando pueda. De esta manera se aumenta el rendimiento pero se requiere de políticas adicionales de tratamiento de los mensajes si la capacidad de almacenamiento de la estructura de datos se ve sobrepasada(PE, eliminación de mensajes, realocalización de memoria, etc..)

* Comportamiento del receptor, '''recv()'''
** ''Bloqueante'': una llamada a recv() sin mensajes a procesar pasa el proceso llamante a estado bloqueado. Un send() de otro proceso que añada un mensaje a la cola del proceso bloqueado hace que éste pase a estado preparado.
** ''No bloqueante'': una llamada a recv() sin mensajes a procesar devuelve un mensaje de error, pero la ejecución del proceso llamante continúa.

Entendemos por proceso llamante a aquel que hace uso de las llamadas send() y recv().

== Formato de los mensajes ==

=== Fijo ===

Los procesos acuerdan emplear un formato fijo para sus mensajes.

'''Ejemplo''': Simple Network Time Protocol.<ref> Véase http://tools.ietf.org/html/rfc4330, sección 4, Message Format.</ref>

1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|LI | VN |Mode | Stratum | Poll | Precision |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Root Delay |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Root Dispersion |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Reference Identifier |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Reference Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Originate Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Receive Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Transmit Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Key Identifier (optional) (32) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| |
| Message Digest (optional) (128) |
| |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

=== Variable ===

* Type-Length-Value

'''Ejemplo''': Usado en Netlink para la codificación de atributos de un mensaje.<ref>Ver Communicating between the kernel and user-space in Linux using Netlink Sockets (http://1984.lsi.us.es/~pablo/docs/spae.pdf)</ref>
{| border="2" cellpadding="4" cellspacing="0" style="margin: 1em 1em 1em 0; background: #f9f9f9; border: 1px #aaa solid; border-collapse: collapse; font-size: 95%;"
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|-
| colspan=16, align="center"| Length
| colspan=16, align="center"| Type
|-
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|}

* Text-based human-readable.

#Comma-Separated Value (CSV). http://en.wikipedia.org/wiki/Comma-separated_values
#Extensible Markup Language (XML). http://en.wikipedia.org/wiki/XML
#JavaScript Object Notation (JSON). http://en.wikipedia.org/wiki/JSON

=== Mixto ===

Los procesos acuerdan emplear mensaje con partes cuyo formato es fijo, como por ejemplo una cabecera inicial, seguido de partes de tamaño variable.

'''Ejemplo''': Internet Protocol (IPv4).<ref>Ver http://www.ietf.org/rfc/rfc791.txt, sección 3.1.</ref>

0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version| IHL |Type of Service| Total Length |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Identification |Flags| Fragment Offset |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Source Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Destination Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Options | Padding |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
/ /
/ Payload /
/ /
/////////////////////////////////////////////////////////////////

== Mensajería a través de la red ==

* Unicidad del destinatario
* Fiabilidad en la transmisión
* Formato de los datos (http://www.cs.umd.edu/class/sum2003/cmsc311/Notes/Data/endian.html): Enviar un entero a través de la red puede ser un problema debido a la forma en el que se representan los datos en la memoria dependiente de la arquitectura. Por ejemplo, un PC con arquitectura Intel x86 emplea formato little-endian, mientras que un SPARC de Sun Microsystems (ahora Oracle) emplea big-endian.

** Little Endian: Bytes menos significativo al principio.

<source lang="c">
int main(void)
{
int a = 10, i;
char *p = &a;

for (i=0; i<sizeof(a); i++) {
printf("posición %d: %.2x\n", i, p[i]);
}
}
</source>

Muestra el siguiente resultado en un PC:

posición 0: 0a (n+3)
posición 1: 00 (n+2)
posición 2: 00 (n+1)
posición 3: 00 (n)

** Big Endian: Bytes menos significativo al final.

posición 0: 00 (n)
posición 1: 00 (n+1)
posición 2: 00 (n+2)
posición 3: 0a (n+3)

En Internet se sigue la convención de expresar datos en Big Endian, habría que hacer la conversión. Habría que usar '''ntohl''' (network to host long).

En little-endian, la implementación de ntohl es la siguiente:

#define __constant_ntohl(x) ___constant_swab32((__be32)(x)

Ver /usr/include/linux/byteorder/little_endian.h

mientras que en big-endian es:

#define __constant_ntohl(x) ((__u32)(__be32)(x))

Si empleamos formato textuales, como CSV, XML o JSON, que codifican la información en bytes, no tenemos este problema.

==Referencias==
<references/>

Mecanismos de sincronización

2011-12-12T09:48:38Z

Marturnev: /* Pesimista */

= Optimistas =

Este mecanismo debe emplearse si el programador considera que la frecuencia de acceso a un recurso compartido es baja, es decir, que supone que la probabilidad de coincidencia de dos o más procesos al recurso compartido es baja.

El siguiente ejemplo muestra el código ejecutado por dos hilos: hx y hy de un mismo proceso.

<source lang="c">
int tabla[3] = { 100, 101, 102 }; /* tabla compartida por ambos hilos hx y hy. */

/* actividad del hilo */
void *actividad_hilo(void *ptr)
{
int i;

while(1) {
for (i=0; i<3; i++) {
actualiza_tabla(i);
sleep((random() % 10) + 1); /* hilo pasa a estado bloqueado durante 1 a 10 segundos. */
}
}
return NULL;
}

int main(void)
{
pthread_t hilo1, hilo2;

pthread_create(&hilo1, NULL, actividad_hilo, NULL); /* creación hilox. */
pthread_create(&hilo2, NULL, actividad_hilo, NULL); /* creación hiloy. */
pthread_join(hilo1, NULL);
pthread_join(hilo2, NULL);
}

void actualiza_tabla(int i) {
int tmp;
retry:
tmp = tabla[i]; /* almaceno el valor de la variable compartida en una temporal. */
tmp++; /* actualizo la varible temporal. */
if (tabla[i]+1 != tmp) { /* compruebo si la variable compartida ha sido modificada */
goto retry; /* mientras operaba con la variable temporal. */
}
tabla[i]=tmp;
}
</source>

Los inconvenientes de este tipo de mecanismo son dos:

* Se consume más memoria, pues hay que realizar una copia del recurso compartido para efectuar la actualización.
* En situaciones de coincidencia, se tiene que volver a realizar la operación, por tanto, se desperdician recursos de procesamiento.

En base al ejemplo anterior, hay que garantizar que la operación de comprobación y actualización es '''atómica'''. Se dice que una operación es '''atómica''' cuando es indivisible, es decir, que no quedamos en una situación intermedia al ejecutar dicha operación.

Como ventaja, este tipo de mecanismo nos ofrece un mayor grado de paralelismo, por tanto, una mayor tasa de transferencia, siempre que se emplee en una situación donde la frecuencia de concurrencia sea baja.

Por último, si el programador ha empleado una aproximación optimista para una situación en la que la frecuencia de coincidencia es alta, podría darse el caso de que un hilo no progrese en su ejecución de manera indefinida, al tener que volver a reintentar la actualización una y otra vez hasta conseguirlo sin que haya concurrencia.

= Pesimista =
Este mecanismo debe emplearse si se considera que la frecuencia de acceso al recurso compartido es alta.

En este mecanismo disponemos de tres partes:

* El protocolo de entrada, en el que se emplea un mecanismo que no permite continuar con la ejecución si otro u otros procesos están accediendo al recurso compartido.
* La sección crítica, en el que se realizan las operaciones pertinentes con el recurso compartido.
* El protocolo de salida, en el que se vuelve a permitir el acceso al recurso compartido.

El siguiente ejemplo muestra como se implementa el control de concurrencia pesimista para 2 hilos, hx y hy:

<source lang="c">
int compartida = 1;
protocolo_de_entrada(); /* no permito acceso a variable compartida. */
compartida++; /* sección crítica: actualización de la variable compartida. */
protocolo_de_salida(); /* vuelvo a permitir acceso a la variable compartida. */
</source>

Los protocolos de entrada y salida son, generalmente, operaciones costosas en términos de recursos de procesamiento pues requieren el uso de instrucciones atómicas cuyo tiempo de ejecución es alto.

Por último, se podría emplear un control de concurrencia pesimista para resolver un problema que se resuelve con un control de concurrencia optimista, pero no al revés.

== Implementación del control de concurrencia pesimista ==

El control de concurrencia pesimista se puede implementar de dos formas mediante:

* Espera ocupada o activa, mediante '''cerrojos'''. En este mecanismo se comprueba continuamente la condición que permite franquear en el protocolo de entrada, por tanto, el proceso permanece en estado activo comprobando continuadamente la condición que le permite progresar en su ejecución, tiempo que está siendo desaprovechado por el procesador.
* Espera no ocupada o bloqueante, mediante '''semáforos''', '''monitores''' o '''mensajería'''. Estos mecanismos hacen que el proceso pase a estado bloqueado cuando no se puede franquear el protocolo de entrada, por tanto, al quedar un proceso que no puede progresar en estado bloqueado, el planificador de procesos tiene que seleccionar a otro proceso.

Nota aclarativa: Definición de ''espera ocupada o activa''

Esperar a que algo ocurra realizando continuas comprobaciones.
Ejemplo:
…
variable= 0;
while(variable==0);
…

Planificación de procesos de tiempo real

2011-11-09T07:51:35Z

Marturnev: /* ¿Qué es un sistema operativo de tiempo real? */

== ¿Qué es un proceso de tiempo real? ==

Proceso de tiempo real se trata de un proceso cuya actividad tiene un plazo de finalización.

== ¿Qué es un sistema operativo de tiempo real? ==

Un sistema operativo de tiempo real dispone de un planificador de procesos que tiene mecanismos para hacer lo máximo posible para garantizar que sus procesos de tiempo real cumplan los plazos de finalización que tienen establecidos.

== Clasificación ==

Podemos clasificar los procesos de tiempo real de diferentes maneras:

Segun el plazo de tiempo:
*'''Rígidos(''hard-realtime'')''' : se debe realizar en un plazo de tiempo determinado. Si no lo hace, deja de tener sentido. Si el plazo de tiempo para realizarla es superado el proceso se aborta. Ejemplo: Industriales ( sensores, activadores,...).

*'''Flexibles(''soft-realtime'')''' : es deseable que se cumpla el plazo de tiempo. Ej: Videoconferencia.(Mientras más rapido vaya mejor sera la comunicacion , pero si no , nos adaptamos a ella)

*'''Opcionales''' : conviene hacerla en el plazo de tiempo, pero si no es posible se puede posponer. Ej: actualización de una aplicacion/programa instalada en el ordenador.

Según la periodicidad:

*'''Aperiódicas''' : se deben a sucesos externos que deben ser atendidos. El sistema operativo no sabe, a priori, cuándo van a llegar ni el tiempo que va a durar. Ej: Notificaciones de errores, Sensores de emergencia en un coche, Ventiladores para refrigeración.

*'''Periódicas''' : se realizan cada cierto tiempo (actividad repetitiva). A diferencia del anterior el sistema operativo conoce a priori cuándo van a llegar y su tiempo de duración Ej: leer la temperatura de un sensor.

== Métodos de planificación ==

Los métodos de planificación a utilizar en SSOO de tiempo real son:

*'''Planificación apropiativa con prioridad estática''': Cada proceso tiene asociado un índice de prioridad y el procesador elige aquel proceso de la lista de preparados con mayor prioridad.

*'''Planificación de tablas estáticas''': se conocen las actividades a realizar y se elabora un plan fijo de ejecución.

*'''Planificación dinámica''': Es muy parecida a la de tablas estáticas , pero también admite actividades aperiódicas. Cuando se presenta una actividad aperiódica , el planificador intenta construir un nuevo plan de ejecución que incluya a todas las actividades. Si no encuentra la solución que las englobe a todas, rechaza la actividad, que debe ser flexible u opcional. También puede retrasar alguna actividad flexible/opcional.

*'''Planificación dinámica con un mejor resultado''': Las actividades fuera de plazo se abortan. Es muy similar a la anterior, la diferencia más notable es que en la anterior existe un análisis previo aceptando actividades aperiódicas y en ésta no existe tal análisis.

El siguiente ejemplo emplea planificación apropiativa por prioridades estática con actividades periódicas y aperiódicas:

____|__PA__|_PB__|_PC__|_PD___|
Datos del _H0_|__0___|_1___|_2___|_3*n__|
problema _t__|__2___|_4___|_2___|_1____|
plazo|__3___|_5___|_7___|_3*n+2|
prioridad|__-20_|_0___|_10__|_15___|
(-20 a 19)
UNIX
< = indica el instante de lanzamiento del proceso
> = indica el instante de finalización del proceso
X = se ejecuta el código del planificador
plazo = si la actividad no ha terminado de ejecutarse tras pasar este instante de tiempo, se aborta
* = el proceso se aborta

| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
PA <---|---> | | | | | | | | | | | | | | | | | |
PB | < |---|---|---* | | | | | | | | | | | | | | |
PC | | < | | |---|---> | | | | | | | | | | | | |
PD | | | < | * < |---> <---> | <---> | <---> | | | |
Planificador X X X X | X 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 19 20

_____|_PA_|_PB_|_PC_|PD1ª_|PD2ª_|_PD_|
Cálculos __t__|_2__|_3__|_2__|_1__|_1__|_1__|
de tiempos __T__|_2__|_*__|_4__|_*__|_2__|_1__|
_T/t_|_1__|_*__|_2__|_*__|_2__|_1__|
|
|_> Indice de penalización

Si alguna actividad entrante tiene más prioridad que la que se está ejecutando, ésta última pasa a estado preparado y se da paso a la nueva.

Modelos de Diseño de Sistemas Operativos

2011-10-22T17:19:38Z

Marturnev: /* Núcleo del sistema operativo */

= 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 que son:

* Modo supervisor, que permite la ejecución de todo el conjunto de instrucciones que ofrece el procesador.
* 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 de forma segura los recursos del sistema 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]''.

== 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: 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.

[[Imagen:OS-structure2.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 basados en Máquinas Virtuales ===

Implementan el material (hardware) en el software. Algunos sistemas operativos ofrecen técnicas de paravirtualización.

Paravirtualización: técnica de programación que ofrecen algunos SO anfitrión para facilitar la virtualización y el rendimiento de máquinas virtuales. Ofrecen llamadas directas al sistema
o acceso a una API especial del anfitrión para acceder directamente a los recursos. Observamos que se deposita una gran confianza en los procesos de la VM por motivos de rendimiento.

* Ventajas de las Máquinas Virtuales
** Ahorro de coste material.
** Se pueden tener diferentes SO en un mismo sistema.
** Se adapta a las necesidades de usuario.
** Se puede deslocalizar la máquina virtual (deslocalización: migrar a otro SO sin sufrir ningún cambio ).

* Desventajas de las Máquinas Virtuales
** Rendimiento (KVM + paravirtualización 10%).
** Punto único de fallos(si falla algún componente y las aplicaciones están montadas en él provoca un fallo general).

== 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).

Usuario:Marturnev

2011-10-15T11:20:29Z

Marturnev: Página creada con 'María Turpín Nevado'

María Turpín Nevado

Componentes básicos de un sistema operativo

2011-10-15T11:19:28Z

Marturnev:

=2.2. Componentes básicos de un Sistema Operativo =

Los componentes básicos de un sistema operativo son los siguientes:

*Gestión de procesos, que incluye:
** Planificación de procesos: se trata de la parte del sistema operativo que decide qué proceso emplea el procesador en cada instante de tiempo.
** Mecanismos de comunicación entre procesos: permiten comunicar a dos procesos del sistema operativo, tales como la mensajería.
** Mecanismos de sincronización: permiten coordinar a procesos que realizan accesos concurrentes a un cierto recurso.

* Administración de memoria principal: tiene como objetivo la gestión de la memoria principal, lo que incluye la gestión del espacio de memoria principal libre y ocupado, así como la asignación de memoria principal a los procesos.

* Administración de ficheros: gestiona la manera en que la información se almacena en dispositivos de entrada/salida que permiten el almacenamiento estable.

* Gestión de los dispositivos de entrada/salida (driver): parte del sistema operativo que conoce los detalles específicos de cada dispositivo, lo que permite poder operar con él. A los gestores de dispositivos generalmente se les conoce por el término inglés ''driver''.

Además, se incluye como parte del sistema operativo:

* Llamadas al sistema: conjunto de servicios que los procesos pueden solicitar al sistema operativo.

* Lanzador de aplicaciones: permite el lanzamiento de un programa.

Conceptos básicos

2011-10-15T11:05:27Z

Marturnev: /* Llamadas a sistema */

= 2.1. Conceptos básicos =
A continuación se desarrollan conceptos básicos que se emplearán a lo largo de la asignatura.

=== Programa ===

* Secuencia de instrucciones que, al ejecutarse, desarrolla algún tipo de actividad.

=== Proceso ===

* Instancia de un programa que está en ejecución. Como mínimo dispone de una línea de ejecución. Se puede entender como la vista dinámica de un programa en ejecución y también se le conoce como la imagen del estado de la CPU y la memoria durante la ejecución de un programa.

Queda definido por: {programa, estado}

Cada sistema operativo tiene una forma propia de identificar procesos, por ejemplo windows identifica los procesos por el nombre de la imagen (programa ejecutable), el nombre del usuario que lo ejecuta, la memoria de trabajo del proceso, la CPU que lo lleva a cabo y una descripcion del proceso.
Estos datos se almacenan en un registro especial, llamado bloque de control del proceso (BCP).

En algunos sistemas operativos es posible que un programa ordene que lo sustituya otro (el cual continua el trabajo), en ese caso se considera que ambos programas forman parte del mismo proceso.

=== Llamadas a sistema ===
* Se implementan a través de una interfaz (o API) que ofrece el Sistema Operativo. Son mecanismos que ofrece el Sistema Operativo a los procesos para que soliciten un servicio o recurso al Sistema Operativo. (Otra definición, según Wikipedia: Llamadas que ejecutan los programas de aplicación para pedir algún servicio al SO.) Estas llamadas a sistema evitan que el proceso acceda directamente a los recursos del hardware.
En el caso de Linux tiene aproximadamente 350 llamadas al sistema en la versión 3.0.0.
La mayor parte de los Sistemas Operativos suelen implementar la API POSIX por razones de portabilidad.

=== Usuario ===

* Sujeto que interactúa con la computadora. Puede ser un humano o un autómata (software).

* En sistemas UNIX encontramos un código único para cada uno, el UID (User IDentifier). A su vez debe pertenecer a un grupo, definido por el GID (Group IDentifier).

=== Fichero ===

* Estructura de datos que almacena información.

Los ficheros se identifican mediante su nombre y su extension (un apendice que se utiliza para indicar el tipo de informacion que contiene el fichero).

El lugar donde se encuentra un fichero viene dado por su directorio. Dentro de un directorio pueden existir otros directorios (llamados subdirectorios) lo que da lugar a una organizacion en forma de arbol.

Al camino que debemos seguir para encontrar un fichero lo llamamos '''camino absoluto'''.

Componentes básicos de un sistema operativo

2011-10-15T10:58:36Z

Marturnev:

=2.2. Componentes básicos de un Sistema Operativo =

Los componentes básicos de un sistema operativo son los siguientes:

*Gestión de procesos, que incluye:
** Planificación de procesos: se trata de la parte del sistema operativo que decide qué proceso emplea el procesador en cada instante de tiempo.
** Mecanismos de comunicación entre procesos: permiten comunicar a dos procesos del sistema operativo, tales como la mensajería.
** Mecanismos de sincronización: permiten coordinar a procesos que realizan accesos concurrentes a un cierto recurso.

* Administración de memoria principal: tiene como objetivo la gestión de la memoria principal, lo que incluye la gestión del espacio de memoria principal libre y ocupado, así como la asignación de memoria principal a los procesos.

* Administración de ficheros: gestiona la manera en que la información se almacena en dispositivos de entrada/salida que permiten el almacenamiento estable.

* Gestión de los dispositivos de entrada/salida (driver): parte del sistema operativo que conoce los detalles específicos de cada dispositivo, lo que permite poder operar con él. A los gestores de dispositivo generalmente se les conoce por el término inglés ''driver''.

Además, se incluye como parte del sistema operativo:

* Llamadas al sistema: conjunto de servicios que los procesos pueden solicitar al sistema operativo.

* Lanzador de aplicaciones: permite el lanzamiento de un programa.