Taller de Sistemas Operativos

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Taller de Sistemas Operativos4J5CLunes- Jueves 15-16 hrs.Docente: Gabriel Antonio Sáchez Ortíz

Lara López Jesús Antonio CLASIFICACIÓN Y ESTRUCTURAS DE SISTEMAS OPERATIVOS

Empezar

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Índice

Ejemplo estructura monolítica

Características

Definición

Estructura monolítica

08

05

06

07

Ventajas y desventajas estructura monolítica

Estructura de micronúcleo

Ejemplo estrucrura micronúcleo

Ventajas y desventajas estructura micronúcleo

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Estructura núcleohíbrido

Ejemplo núcleohíbrido

Ventajas y desventajas núcleo híbrido

Estructura exokernel

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Ejemplo estructuraexokernel

Ventajas y desventajas exokernel

Estructura de capas

Ejemplo estructura de capas

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Ventas y desventajas estructura de capas

Cuadro comparativo

Referencias

01

Definición de un sistema operativo

Un sistema operativo (SO) es un conjunto de programas y software que gestiona los recursos de hardware y software de una computadora o dispositivo electrónico. Actúa como intermediario entre el usuario y el hardware, proporcionando una interfaz para ejecutar aplicaciones y coordinar tareas como la administración de memoria, el procesamiento de datos y la comunicación entre dispositivos.

Características

¿Qué caracteriza a un sistema operativo?

Gestión de procesos:

• Controla la ejecución de programas, asignando recursos y permitiendo la multitarea.
• Maneja la comunicación entre procesos y su sincronización.

Gestión de memoria:

• Administra la memoria RAM, asignándola a los procesos en ejecución.
• Evita conflictos entre programas y optimiza el uso de la memoria.

Gestión de Archivos y Almacenamiento:

• Organiza, crea, edita y elimina archivos y carpetas.
• Controla los permisos de acceso y gestiona discos duros y unidades externas.

Estructura monolítica

En los sistemas operativos monolíticos, el núcleo integra la mayoría de las funciones del sistema operativo, como gestión de archivos y memoria, ejecutándose en modo privilegiado. Aunque originalmente requerían recompilar todo el núcleo para realizar cambios, los sistemas modernos (como GNU/Linux) permiten cargar módulos dinámicos, agregando o eliminando funcionalidades mientras el sistema está en ejecución. Esto mejora la flexibilidad, aunque los módulos operan en modo privilegiado, lo que equilibra rendimiento y vulnerabilidad.

Ejemplo

Estructura monolítica

Aunque es monolítico, Solaris tiene la capacidad de cargar módulos dinámicos, lo que permite agregar o quitar funciones sin necesidad de recompilar el núcleo completo. Esto lo hace más flexible y adaptable a diferentes entornos, manteniendo su rendimiento eficiente

Ventajas y desventajas

Estructura micronúcleo

En los sistemas de micronúcleo, el núcleo contiene únicamente servicios básicos como la administración de memoria, tareas y la comunicación entre procesos (IPC). Las demás funciones, como los drivers y el sistema de archivos, se ejecutan en modo usuario, aumentando la fiabilidad, ya que un fallo en un módulo no afecta al resto. Además, los módulos se pueden programar y cargar por separado. Estos sistemas pueden ser más complejos y tener menor rendimiento debido a las constantes llamadas entre módulos y cambios en el modo de ejecución.

Ejemplo

Estructura micronúcleo

En este diseño, el núcleo se encarga únicamente de funciones esenciales como la gestión de memoria, la planificación de tareas y la comunicación entre procesos (IPC). El resto de los servicios, como los controladores de dispositivos y el sistema de archivos, se ejecutan en modo usuario. Esto mejora la fiabilidad del sistema, ya que un fallo en un módulo no afecta al núcleo ni a otros componentes. Sin embargo, puede haber un impacto en el rendimiento debido a las frecuentes interacciones entre los módulos y el núcleo.

Ventajas y desventajas

Estructura de núcleo híbrido

Este tipo de arquitectura consiste básicamente en un esquema de micronúcleo que incluye algo de código complementario para hacerlo más rápido, aunque buena parte de las funciones del sistema operativo siguen ejecutándose en modo usuario.

Ejemplo

Estructura híbrida

macOS utiliza una arquitectura híbrida que combina elementos de micronúcleo con características monolíticas. En este diseño, el núcleo (llamado XNU, eXperimental NUcleus) integra funciones esenciales como la planificación de tareas y la comunicación entre procesos, características típicas de un micronúcleo. También incluye servicios adicionales en modo núcleo, como el sistema de archivos y los controladores de dispositivos, propias de una estructura monolítica. Esta mezcla permite un balance entre modularidad y rendimiento, aprovechando la seguridad y flexibilidad del micronúcleo, al tiempo que minimiza la sobrecarga de comunicación entre módulos que suele afectar su rendimiento.

Ventajas y desventajas

Estructura exokernel

En vez de clonar la máquina actual, como se hace con las máquinas virtuales, otra estrategia es particionarla; en otras palabras, a cada usuario se le proporciona un subconjunto de los recursos. Así, una máquina virtual podría obtener los bloques de disco del 0 al 1023, la siguiente podría obtener los bloques de disco del 1024 al 2047 y así sucesivamente. En la capa inferior, que se ejecuta en el modo kernel, hay un programa llamado exokernel (Engler y colaboradores, 1995). Su trabajo es asignar recursos a las máquinas virtuales y después comprobar los intentos de utilizarlos, para asegurar que ninguna máquina trate de usar los recursos de otra.

Ejemplo

Estructura exokernel

El sistema operativo MIT Exokernel funciona delegando la mayoría de las tareas a las aplicaciones de usuario, dejando solo las funciones más básicas en el núcleo. Este diseño permite que las aplicaciones tengan acceso directo y personalizado al hardware, lo que maximiza la eficiencia y la flexibilidad. El exokernel solo gestiona el acceso seguro a los recursos y garantiza que múltiples aplicaciones puedan usarlos sin interferencias, pero no impone políticas sobre cómo deben ser utilizados. Esto lo hace ideal para entornos de investigación y desarrollo donde se busca un alto grado de personalización.

Ventajas y desventajas

Estructura de capas

Una generalización del diseño de la gráfica es organizar el sistema operativo como una jerarquía de capas, cada una construida encima de la que tiene abajo.

Ejemplo

Estructura capas

Los sistemas operativos diseñados en capas (como THE) organizan funciones en niveles jerárquicos, con cada capa encargándose de tareas específicas como asignación de CPU, administración de memoria, comunicación con el usuario, gestión de dispositivos de E/S, y ejecución de programas de usuario. MULTICS, por su parte, utiliza anillos concéntricos en lugar de capas, donde los anillos internos tienen más privilegios y los externos menos, proporcionando mayor seguridad y organización. El mecanismo de anillos en MULTICS permite estructurar subsistemas de usuario de forma flexible, asignando privilegios según su propósito

Ventajas y desventajas

CUADRO COMPARATIVo

Estructuras de los sistemas operativos

Funcionamiento

Ejemplo de SO

Características

Material adicional

Todos los componentes del sistema operativo están integrados en un solo núcleo que ejecuta en modo privilegiado.

Solaris

ESTRUCTURA MONOLÍTICA

Alta velocidad y eficiencia, pero menos modularidad.

Se reduce el núcleo a funciones esenciales y otros servicios se ejecutan en espacio de usuario.

Minix

Mayor estabilidad y seguridad, pero menor rendimiento.

ESTRUCTURA MICRONÚCLEO

Mezcla elementos del micronúcleo y monolítico para equilibrar rendimiento y modularidad.

Mac Os X

Modularidad con buen desempeño, permite carga dinámica de módulos.

ESTRUCTURA NÚCLEO HÍB RIDO

Divide el hardware en múltiples espacios de usuario, dejando la gestión directa a las aplicaciones.

MIT Exokernel

Máxima eficiencia y flexibilidad, pero difícil de programar.

ESTRUCTURA EXOKERNEL

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

https://www.calameo.com/read/00639393418a8055f7c51https://www.fing.edu.uy/tecnoinf/maldonado/cursos/so/material/teo/so03-estructura_sist_oper.pdf https://tallerdesistemas.webnode.mx/servicios/estructura-general-del-sistema-operativo/ https://www.profesores.frc.utn.edu.ar/sistemas/ingsanchez/SOP/Link1/capitulo2.htm https://cs.uns.edu.ar/~so/data/apuntes/SO-2020-mod%2003.pdf https://www.ionos.mx/digitalguide/servidores/know-how/el-sistema-operativo/ https://www.loyvan.com/informatica/cuales-son-las-estructuras-de-un-sistema-operativo/ http://www.cs.uns.edu.ar/~so/data/apuntes/SO-2019-mod%2002.pdf

Características técnicas

• Todo el sistema operativo corre en modo núcleo (privilegiado).

• Los componentes del sistema operativo están integrados en un solo bloque.

• Alto rendimiento debido a la comunicación directa entre componentes.

• Poca modularidad; cambios requieren recompilar el núcleo.

• Mayor riesgo de fallos catastróficos (un error puede colapsar el sistema).

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

• El núcleo es mínimo y deja la gestión del hardware a las aplicaciones.

• Máxima eficiencia y flexibilidad, ya que las aplicaciones acceden directamente al hardware.

• Requiere que las aplicaciones gestionen sus propios recursos.

• Dificultad de desarrollo y mantenimiento debido a su complejidad.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

• Solo las funciones básicas (gestión de memoria, comunicación, planificación) están en el núcleo.

• El resto de los servicios (sistema de archivos, controladores, etc.) se ejecutan en espacio de usuario.

• Mejor estabilidad y seguridad (fallos en servicios no afectan el núcleo).

• Mayor sobrecarga en comunicación debido a la necesidad de enviar mensajes entre procesos.

CARACTERÍSTICAS TÉNICAS

• Combinación de características de los núcleos monolíticos y de micronúcleo.

• Modularidad sin comprometer demasiado el rendimiento.

• Permite cargar dinámicamente módulos del sistema operativo.

• Equilibra rendimiento y seguridad al ubicar algunos servicios en el núcleo y otros en espacio de usuario.