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Arquitectura del Sistema Operativo

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julio mendez

on 25 June 2014

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Transcript of Arquitectura del Sistema Operativo

Analizando la historia de los Sistemas Operativos notamos que se puede considerar que éstos surgen desde finales de los 50's con una arquitectura bastante obsoleta comparada con la de la actualidad.
Para poder construir un Sistema Operativo se deben tener en cuenta dos tipos de requisitos, los cuales son:
Requisitos de usuario: Un sistema fácil de usar y de aprender, seguro, rápido y adecuado para el uso que se le necesita dar.
Requisitos del software: Considera el continuo mantenimiento, forma de operación, restricciones de uso, eficiencia, tolerancia frente a los errores y flexibilidad.
El objetivo de la estructuración es buscar una organización interna que facilite la comprensión, incremente la portabilidad, extensión y favorecer el mantenimiento de los Sistemas Operativos.
A continuación se describen las distintas estructuras que presentan los actuales Sistemas Operativos para satisfacer las necesidades que de ellos se quieren obtener. Éstas no son de ninguna manera las únicas estructuras posibles, pero nos darán una idea de algunos diseños que se han llevado a la práctica.

-Arquitectura monolítica.
-La arquitectura de Micronúcleo o Microkernel.
-La arquitectura por capas o jerárquica (Estructura por niveles).
-Arquitecturas por módulos.
Arquitectura Monolítica
Los sistemas Monolíticos son la estructura más simple para un Sistema Operativo. Esta arquitectura fue escrita para proporcionar una máxima funcionalidad dentro del menor espacio posible. Se caracteriza porque no tienen una estructura totalmente clara, con ésto nos referimos a que sus rutinas y funcionalidades (ej. manejo de drivers, sistemas de archivos, gestión de memoria, etc.), se encuentran agrupados en un solo programa (el Sistema Operativo). Este sistema está descrito como un conjunto de procedimientos o rutinas entrelazadas de tal forma que cada una tiene la posibilidad de llamar a las otras rutinas cada vez que así lo requiera. Sin embargo, cabe destacar las falencias en este tipo de estructura que radica principalmente en la poca confiabilidad otorgada, ya que todo el sistema, al no tener una estructura definida, se ejecuta todo en el mismo nivel del núcleo (kernel) lo que lo hace altamente vulnerable, por esta razón cuando falla un programa se produce un error en todo el sistema.
Arquitectura Monolítica
Además, otro problema inherente al Sistema Monolítico es que si se modifica el hardware por lo general es necesario recompilar el kernel para poder disponer de las funcionalidades. Ésto consume tiempo y recursos porque la compilación de un nuevo kernel puede durar varias horas y necesita de una gran cantidad de memoria. Cada vez que alguien añade una nueva característica o corrige un error, significa que se necesitará hacer una recompilación del kernel entero, un ejemplo de ésto podemos verlo en Linux. También el hecho de que en el espacio del kernel están incluidos todos los servicios básicos, tiene tres grandes inconvenientes: el tamaño del núcleo, la falta de extensibilidad y la mala capacidad de mantenimiento.
Ejemplos de S.O. con Arquitectura Monolítica
Los ejemplos típicos de este sistema son Unix, MS-DOS y Mac OS hasta Mac OS 8.6. Otros ejemplos son:

-Linux
-Syllable
-Núcleos tipo DOS
-DR-DOS
-Familia Microsoft:
Windows 9x (95, 98, 98SE, Me)
Arquitectura Micronúcleo o Microkernel
El Micronúcleo surge como una nueva forma de organización para un Sistema Operativo, es un término algo tedioso de entender ya que puede no ser relativo a su tamaño, pero si a su diseño.
En este sistema las funciones centrales son manejadas por el núcleo (kernel) y la interfaz de usuario es manejada por el entorno (shell). El Microkernel se encarga de todo el código de un sistema, y de planificar los hilos (threads) con la finalidad de tener multitareas.
Sistema Cliente-Servidor:
Dentro de esta estructura también podríamos incluir el Sistema Cliente-Servidor ya que presenta una ligera variación en la idea del Microkernel la cual es que este sistema hace la diferencia entre dos clases de procesos: los servidores, cada uno de los cuales proporciona cierto servicio, y los clientes, que utilizan estos servicios. A menudo la capa inferior es un microkernel, pero eso no es requerido. La esencia es la presencia de procesos cliente y procesos servidor.

Algunas ventajas que podemos destacar de los Micronúcleos son los siguientes:

•Uniformidad de interfaces: disponen de una interfaz única para las solicitudes de los procesos, el paso de mensajes.
•Portabilidad: reduciendo el núcleo e implementando casi todo en servidores, para implementarlo en arquitecturas diferentes, sólo habría que modificar el núcleo haciendo más simple su portabilidad.
•Fiabilidad: es más fácil corregir fallas en un sistema pequeño ya que se pueden realizar pruebas más rigurosas que en un sistema mucho más grande.
ALGUNOS EJEMPLOS DE SISTEMAS MICRONÚCLEO SON:
AIX
BeOS
Mach
MorphOS
QNX
Minix
Hurd
L4
RadiOS
Symbian
VSTa
Arquitectura del Sistema Operativo
Julio Cesar Méndez Cabrera
Jimmy Frias de la O

Comparación entre monolítico y micronúcleo
Arquitectura por capas o jerárquica (Estructura por niveles)
En esta estructura el Sistema Operativo queda definido modularmente por divisiones en capas o niveles, cuya organización está dada como una jerarquía de capas donde cada una de ellas ofrece una interfaz clara y bien definida, la capa superior solamente utiliza los servicios y funciones que ofrece la capa inferior, es decir, la capa n sólo se comunica para obtener lo requerido con la capa n-1 (Ver imagen derecha), donde la capa inferior es la más privilegiada. El encargado de que solamente haya comunicación entre capas adyacentes es el procesador.

La capa más interna o inferior (capa 0) corresponde al Hardware, mientras que la más alta o externa corresponde a la interfaz de usuario.

El primer sistema construido de esta manera fue el sistema THE (Technische Hogeschool Eindhoven), desarrollado en Holanda por E. W. Dijkstra (1968) y sus estudiantes.

El sistema original consta de 6 capas:
Capa 5: Se encuentra la interfaz de usuario.
Capa 4: Aloja los programas de usuario.
Capa 3: Se controlan los dispositivos E/S (entrada y salida).
Capa 2: Se administra la comunicación inter-proceso y la consola del operador.
Capa 1: Administración de memoria y discos.
Capa 0: Correspondiente al Hardware, realizando asignación del procesador, también alterna entre procesos cuando ocurren interrupciones o se han expirado y proporciona multiprogramación básica de la CPU.
Ventajas
Como ventajas de este sistema podemos mencionar que al tener una organización modularizada, otorga facilidad en construcción y depuración del sistema. La facilidad de construcción se respalda porque al existir esta división en módulos (capas) se produce una abstracción del problema, simplificándose solamente a la función que realiza el módulo correspondiente a una capa N. También al lograr esta abstracción, no es necesario saber detalles de implementación de las capas inferiores, sólo se utilizan. La facilidad de depuración, quiere decir, que sea más simple la tarea de encontrar errores en el código y corregirlos. Otro aspecto positivo relacionado con la modularidad existente, cuando ocurre un error o falla en una de las capas, no se compromete a todo el sistema, sólo a la capa relacionada con la falla.
EJEMPLOS DE SISTEMAS POR CAPAS:

-THE (Technische Hogeschool Eindhoven)
-Venus
-MULTICS (Multiplexed Information and Computing Service)
Representación arquitectura por capas
Arquitectura por módulos
La mayoría de los sistemas operativos modernos implementan este enfoque. Lo que caracteriza este tipo de estructura es que el kernel se compone por módulos, y cada uno de estos módulos se encuentra separado de forma independiente, tal que, si alguno falla no afecta a los otros, ni al núcleo, por ejemplo, si el módulo de software que se encarga de controlar el proceso de Telnet en una unidad se bloquea o es atacado, sólo este proceso se verá afectado. El resto de las operaciones siguen sus funciones habituales.
Los módulos se pueden cargar dinámicamente en el núcleo cuando se necesiten, ya sea, en tiempo de ejecución o durante el arranque del sistema. El kernel dispone de los componentes fundamentales y se conectan directamente con servicios adicionales. Además otros componentes pueden cargarse dinámicamente al núcleo. Este enfoque modular utiliza la programación orientada a objetos.
En general, esta estructura se parece bastante a la de capas, pero es mucho más flexible debido a que cualquier módulo de esta estructura puede llamar a otro. Es similar a la estructura de microkernel, pues el kernel también tiene las funciones esenciales , pero este es más eficiente ya que, no necesitan un mecanismo de paso de mensajes para comunicarse, sólo interfaces conocidas.
Comparación
EJEMPLOS DE SISTEMAS OPERATIVOS POR MÓDULOS:

Unix modernos
Solaris
Linux
Mac OSX
Núcleo Unix moderno
Gracias por su atencion!
Materia: Sistemas Distribuidos
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