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Sistemas Operativos. Teoría revisada, tests y ejercicios
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Mi propia versión de los conocimientos que tengo sobre Sistemas Operativos junto a tests y problemas al final de cada tema para autoevaluación.
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SISTEMASOPERATIVOS
Teoría, tests y ejercicios
por Antonio Javier Armenteros Martínez
,Índice
ANTES DE LEER........................................................................................................................................................7
1: INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................................8
CONCEPTOS GENERALES................................................................................................................................8
Definición de Sistema Operativo..............................................................................................................8
Funciones de un SO....................................................................................................................................8
SO de Propósito General...........................................................................................................................9
Servicios de un Sistema Operativo........................................................................................................11
Interfaz entre SO y el Usuario................................................................................................................11
Llamadas al sistema..................................................................................................................................13
ESTRUCTURA DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS........................................................................................15
Estructuras de los SO...............................................................................................................................15
Sistema monolítico o de Estructura simple..................................................................................15
Estructura en niveles..........................................................................................................................15
Modelo cliente-servidor o Microkernel.........................................................................................16
Módulos.................................................................................................................................................16
Máquina virtual....................................................................................................................................17
Clasificación de los SO..............................................................................................................................18
Generación y arranque de un SO..........................................................................................................19
EJERCICIOS........................................................................................................................................................20
Teoría............................................................................................................................................................20
2: PROCESOS.........................................................................................................................................................26
GESTIÓN DE PROCESOS................................................................................................................................26
Concepto de proceso...............................................................................................................................26
Imagen de un proceso.............................................................................................................................27
Estados de un proceso.............................................................................................................................28
Control sobre procesos...........................................................................................................................30
Cambio de proceso..............................................................................................................................30
Cambio de contexto............................................................................................................................31
Modos de ejecución............................................................................................................................31
Operaciones con procesos.....................................................................................................................32
PLANIFICACIÓN DE PROCESOS...................................................................................................................34
Objetivos y criterios...................................................................................................................................34
Niveles de planificación............................................................................................................................35
A corto plazo [CPU scheduler]..........................................................................................................35
A medio plazo........................................................................................................................................35
A largo plazo..........................................................................................................................................36
El reloj de interrupciones.........................................................................................................................36
Criterios sobre planificaciones...............................................................................................................36
Algoritmos de planificación.....................................................................................................................38
[Algoritmo] Primero en entrar-primero en salir, FIFO o FCFS.................................................39
[Algoritmo] Turno rotatorio o Round Robin (RR)........................................................................40
[Algoritmo] Prioridad al más corto o Short Job First (SJF o SPN).............................................42
[Algoritmo] Prioridad al Tiempo Restante más corto o Short Remaining Time First.........44
2
, [Algoritmo] Planificación a la Tasa de Respuesta más Alta o HRRN o HRN.........................45
[Algoritmo] Colas Multinivel de Retroalimentación o Feedback.............................................46
Rendimiento o porcentaje de uso..................................................................................................47
Ejemplo comparativo de las políticas de planificación..............................................................48
Resumen de los diferentes algoritmos..........................................................................................49
HILOS..................................................................................................................................................................50
Definición de Hilo.......................................................................................................................................51
Concurrencia y paralelismo....................................................................................................................53
Modelos Multihilo......................................................................................................................................54
Hilos a Nivel de Usuario o ULT........................................................................................................54
Hilos a Nivel de Núcleo o KLT...........................................................................................................55
Biblioteca de Hilos.....................................................................................................................................55
Planificación de hilos.................................................................................................................................56
EJERCICIOS........................................................................................................................................................58
Teoría............................................................................................................................................................58
Problemas....................................................................................................................................................66
3: MEMORIA...........................................................................................................................................................74
GESTIÓN DE MEMORIA..................................................................................................................................74
Definición y conceptos necesarios........................................................................................................74
Clasificación de la memoria....................................................................................................................76
Gestión en sistemas monoprogramados............................................................................................78
Gestión en sistemas multiprogramados.............................................................................................79
Asignación de Memoria Contigua..........................................................................................................79
Particiones estáticas...........................................................................................................................79
Particiones dinámicas........................................................................................................................81
Ocupación de la memoria.................................................................................................................82
Intercambio [swapping]......................................................................................................................84
Asignación de Memoria No Contigua...................................................................................................84
Esquema general de traducción.....................................................................................................85
Paginación.............................................................................................................................................87
Definición y mecanismo de paginación.......................................................................................87
Traducción de direcciones en paginación...................................................................................88
Soporte del Hardware.....................................................................................................................91
Protección.........................................................................................................................................92
Compartición....................................................................................................................................93
Segmentación.......................................................................................................................................94
Concepto de segmentación............................................................................................................94
Traducción........................................................................................................................................95
Protección.........................................................................................................................................97
Compartición....................................................................................................................................97
Fragmentación.................................................................................................................................98
Segmentación paginada....................................................................................................................99
Memoria comprimida......................................................................................................................100
MEMORIA VIRTUAL.......................................................................................................................................102
Definición, ventajas y otros aspectos.................................................................................................102
Estrategias de gestión de Memoria Virtual.......................................................................................103
3
, Paginación bajo demanda.....................................................................................................................104
Tabla de páginas...............................................................................................................................106
Tabla de páginas en dos niveles..............................................................................................107
Tabla de Páginas Invertida..........................................................................................................108
Gestión de un fallo de página........................................................................................................110
Diagrama de un fallo de página................................................................................................111
Hardware paginación bajo demanda..........................................................................................112
Rendimiento de la paginación bajo demanda..........................................................................113
Reemplazo de páginas...........................................................................................................................115
Algoritmos de reemplazo de páginas................................................................................................116
[Algoritmo] FIFO o First In First Out...............................................................................................117
[Algoritmo] Reemplazo Óptimo....................................................................................................118
[Algoritmo] LRU o Least Recently Used..........................................................................................118
[Algoritmo] LRU con bits adicionales...........................................................................................119
[Algoritmo] Algoritmo del Reloj.....................................................................................................120
[Algoritmo] LFU o Least Frequently Used......................................................................................121
[Algoritmo] MFU o Most Frequently Used.....................................................................................121
[Algoritmo] NRU o Not Recently Used............................................................................................121
Otro ejemplo con algunos algoritmos.........................................................................................122
Asignación de Marcos............................................................................................................................123
N.º mínimo de marcos.....................................................................................................................123
Algoritmos de asignación de marcos..........................................................................................123
Reemplazo global vs reemplazo local..........................................................................................124
Hiperpaginación.......................................................................................................................................125
Causas..................................................................................................................................................125
Localidad.............................................................................................................................................126
Modelo del conjunto de trabajo...................................................................................................127
Frecuencia de fallos de página......................................................................................................128
Otras consideraciones.....................................................................................................................129
Prepaginación................................................................................................................................129
Fijación de Páginas de E/S...........................................................................................................129
Estructuras de los programas.....................................................................................................130
Tamaño de página...................................................................................................................................131
EJERCICIOS......................................................................................................................................................132
Teoría..........................................................................................................................................................132
Problemas.................................................................................................................................................141
4: DISPOSITIVOS DE E/S Y FICHEROS............................................................................................................144
GESTIÓN DE ENTRADA/SALIDA.................................................................................................................144
Definición de Entrada / Salida..............................................................................................................144
Los dispositivos de Entrada/Salida.....................................................................................................145
Objetivos de diseño................................................................................................................................146
Subsistema de E/S del kernel...............................................................................................................147
Planificación de la E/S......................................................................................................................147
Almacenamiento en búfer..............................................................................................................148
Almacenamiento en caché.............................................................................................................148
Spooling...............................................................................................................................................149
4
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