UNIDAD VII

“DESEMPEÑO Y SEGURIDAD”

7.1 MEDICION DESEMPEÑO PERFORMANCE SISTEMAS OPERATIVOS, MONITOREO Y EVALUACIÓN

Un sistema operativo es en primer lugar un administrador de recursos, por ello es importante poder determinar con qué efectividad administra sus recursos un sistema determinado. Durante los primeros años del desarrollo de las computadoras el hardware representaba el costo dominante de los sistemas y debido a ello los estudios de rendimiento se concentraban en el hardware.

Actualmente y según la tendencia apreciable:

 El software representa una porción cada vez mayor de los presupuestos informáticos.

El software incluye el S. O. de multiprogramación / multiproceso, sistemas de comunicaciones de datos, sistemas de administración de bases de datos, sistemas de apoyo a varias aplicaciones, etc.

El software frecuentemente oculta el hardware al usuario creando una máquina virtual, que está definida por las características operativas del software.

Un software deficiente y / o mal utilizado puede ser causa de un rendimiento pobre del hardware, por lo tanto es importante controlar y evaluar el rendimiento del hardware y del software.

Mediciones del Rendimiento

El rendimiento expresa la manera o la eficiencia con que un sistema de computación cumple sus metas.

El rendimiento es una cantidad relativa más que absoluta pero suele hablarse de medidas absolutas de rendimiento, ej.: número de trabajos atendidos por unidad de tiempo.

Algunas mediciones son difíciles de cuantificar, ej.: facilidad de uso.

Técnicas de Evaluación del Rendimiento

Tiempos

Los tiempos proporcionan los medios para realizar comparaciones rápidas del hardware.

Una posible unidad de medida es el “mips”: millón de instrucciones por segundo.

Mezclas de instrucciones

Se usa un promedio ponderado de varios tiempos de las instrucciones más apropiadas para una aplicación determinada; los equipos pueden ser comparados con mayor certeza de la que proporcionan los tiempos por sí solos.

Son útiles para comparaciones rápidas del hardware.

Calcular su tiempo de ejecución.

Se corre el programa típico en las distintas máquinas para obtener su tiempo de ejecución.

Pueden ser útiles para la evaluación de ciertos componentes del software, por ej. Compiladores; pueden ayudar a determinar qué compilador genera el código más eficiente.

Modelos analíticos

Son representaciones matemáticas de sistemas de computación o de componentes de sistemas de computación.

7.2 SEGURIDAD DE SISTEMAS OPERATIVOS

En la seguridad y protección se utilizan en forma indistinta. Sin embargo, es útil hacer una distinción entre los problemas generales relativos a la garantía de que los archivos no sea leídos o modificados por personal no autorizado, lo que incluye aspectos técnicos, de administración, legales y políticos, por un lado y los sistemas específicos del sistema operativo utilizados para proporcionar la seguridad, por el otro. La seguridad tiene muchas facetas. Dos de las más importantes son la pérdida de datos y los intrusos. Algunas de las causas más comunes de la perdida de datos son:

1. Actos divinos: Incendios, inundaciones, terremotos, guerras, revoluciones o ratas que roen las cintas o discos flexibles.

2. Errores de Hardware o Software: Mal funcionamiento de la CPU, discos o cintas ilegibles, errores de telecomunicación o errores en el programa.

3. Errores Humanos: Entrada incorrecta de datos, mal montaje de las cintas o el disco, ejecución incorrecta del programa, perdida de cintas o discos.

La mayoría de estas causas se pueden enfrentar con el mantenimiento de los respaldos adecuados; de preferencia, en un lugar alejado de los datos originales.

Un problema más interesante es que hacer con los intrusos. Estos tienen dos variedades.

·         Los intrusos pasivos solo desean leer archivos que no están autorizados a leer.

·         Los intrusos activos son más crueles: Desean hacer cambios no autorizados a los datos.

7.2.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE SEGURIDAD SISTEMAS OPERATIVOS

*Seguridad esta definida como el conjunto de medidas tomadas para protegerse contra robos, ataques, crímenes y espionaje o sabotaje. La seguridad implica la cualidad o el estar seguro, es decir, la evitación de exposición a situaciones de peligro y la actuación para quedar a cubierto frete a contingencias. 

*Seguridad externa.- se ocupa de proteger el recurso de cómputo contra intrusos y desastres como incendios e inundaciones.  

*Seguridad física.- Seguridad de operación.

*Seguridad interna.- se ocupa de los diversos controles integrados al equipo y al sistema operativo con el fin de garantizar el funcionamiento confiable y sin corrupción del sistema de cómputo y la integridad de los programas y los datos.

*Amenazas y objetivos de seguridad.

Las principales amenazas a la seguridad percibidas por los usuarios y los proveedores de sistemas basados en computadoras incluyen:

1.- Revelación no autorizada de la información.

2.- Alteración o destrucción no autorizada de la información.

3.-Uso no autorizado de servicios.

4.- Denegación de servicios a usuarios legítimos.

*La seguridad de computadoras y redes aborda los siguientes cuatro requisitos:

• Secreto: exige que la información de un sistema de computadoras sea accesible para la lectura solamente por partes no autorizadas. Este tipo de acceso incluye la impresión, visualización y otras formas de revelación.

• Integridad: exige que los elementos de un sistema de computadoras puedan ser modificables solo por partes autorizadas.

• Disponibilidad: exige que los elementos de un sistema de computadora estén disponibles para las partes autorizadas.

• Autenticidad: requiere que un sistema de computadoras sea capaz de verificar la identidad de un usuario.

·         Tipos de amenazas.

Los tipos de amenazas a la seguridad de un sistema de computadora o una red se caracterizan mejor contemplando la función del sistema como un suministrador de información.

• Interrupción: se destruye un elemento del sistema o se hace que inasequible o inútil.

• Interceptación: una parte no autorizada consigue acceder a un elemento. Este es un ataque al secreto.

• Modificación: una parte no autorizada no solo consigue acceder, si no que falsifica un elemento. Este es un ataque ala integridad

7.2.2 VIGILANCIA SISTEMAS OPERATIVOS

La vigilancia tiene que ver con:

·         La verificación y la auditoría del sistema.

·         La autentificación de los usuarios.

Los sistemas sofisticados de autentificación de usuarios resultan muy difíciles de evitar por parte de los intrusos.

Un problema existente es la posibilidad de que el sistema rechace a usuarios legítimos:

·         Un sistema de reconocimiento de voz podría rechazar a un usuario legítimo resfriado.

·         Un sistema de huellas digitales podría rechazar a un usuario legítimo que tenga una cortadura o una quemadura.

7.2.3 PROTECCION SISTEMAS OPERATIVOS

Existen varios mecanismos que pueden usarse para asegurar los archivos, segmentos de memoria, CPU, y otros recursos administrados por el Sistema Operativo. Por ejemplo, el direccionamiento de memoria asegura que unos procesos puedan ejecutarse solo dentro de sus propios espacios de dirección. El timer asegura que los procesos no obtengan el control de la CPU en forma indefinida. La protección se refiere a los mecanismos para controlar el acceso de programas, procesos, o usuarios a los recursos definidos por un sistema de computación.

7.2.4 AUDITORIA SISTEMAS OPERATIVOS

La auditoría suele realizarse a posteriori en sistemas manuales, es decir que se examinan las recientes transacciones de una organización para determinar si hubo ilícitos.

La auditoría en un sistema informático puede implicar un procesamiento inmediato, pues se verifican las transacciones que se acaban de producir.

Un registro de auditoría es un registro permanente de acontecimientos importantes acaecidos en el sistema informático:

 * Se realiza automáticamente cada vez que ocurre tal evento.

* Se almacena en un área altamente protegida del sistema.

* Es un mecanismo importante de detección.

El registro de auditoría debe ser revisado cuidadosamente y con frecuencia:

 * Las revisiones deben hacerse:

ü  Periódicamente:

ü  Se presta atención regularmente a los problemas de seguridad.

ü  Al azar:

ü  Se intenta atrapar a los intrusos desprevenidos.

7.2.5 CONTROLES DE ACCESO SISTEMAS OPERATIVOS

Lo fundamental para la seguridad interna es controlar el acceso a los datos almacenados. Los derechos de acceso definen qué acceso tienen varios sujetos o varios objetos. Los sujetos acceden a los objetos. Los objetos son entidades que contienen información.

Los objetos pueden ser:

Ø  Concretos:  Ej.: discos, cintas, procesadores, almacenamiento, etc.

Ø  Abstractos: Ej.: estructuras de datos, de procesos, etc.

Los objetos están protegidos contra los sujetos.

Las autorizaciones a un sistema se conceden a los sujetos. Los sujetos pueden ser varios tipos de entidades.

 Los derechos de acceso más comunes son:

û  Acceso de lectura.

û  Acceso de escritura.

û  Acceso de ejecución.

Una forma de implementación es mediante una matriz de control de acceso con:

«  Filas para los sujetos.

«  Columnas para los objetos.

«  Celdas de la matriz para los derechos de acceso que un usuario tiene a un objeto.

7.2.6 NUCLEOS DE SEGURIDAD SISTEMAS OPERATIVOS

Núcleos de Seguridad

Es mucho más fácil hacer un sistema más seguro si la seguridad se ha incorporado desde el principio al diseño del sistema.

Las medidas de seguridad deben ser implementadas en todo el sistema informático.

Un sistema de alta seguridad requiere que el núcleo del S. O. sea seguro.

Las medidas de seguridad más decisivas se implementan en el núcleo, que se mantiene intencionalmente lo más pequeño posible.

Generalmente se da que aislando las funciones que deben ser aseguradas en un S. O. de propósito general a gran escala, se crea un núcleo grande. La seguridad del sistema depende especialmente de asegurar las funciones que realizan:

* El control de acceso.

* La entrada al sistema.

* La verificación.

7.2.7 SEGURIDAD POR HARDWARE Y SOFTWARE

Seguridad Por Hardware

Existe una tendencia a incorporar al hardware funciones del S. O. :

 Las funciones incorporadas al hardware:

²  Resultan mucho más seguras que cuando son asequibles como instrucciones de software que pueden ser modificadas.

²   Pueden operar mucho más rápido que en el software:

²  Mejorando la performance.

²  Permitiendo controles más frecuentes

Al disminuir los costos del equipo, se hace cada vez más deseable incorporar algunas funciones del sistema operativo en el hardware. Así, la seguridad de estas funciones es mayor, pues no están accesibles como instrucciones de programa, las cuales se pueden modificar con facilidad.

7.2.8 CRIPTOGRAFIA SISTEMAS OPERATIVOS

La criptografía es el uso de la transformación de datos para hacerlos incomprensibles a todos, excepto a los usuarios a quienes están destinados.

El problema de la intimidad trata de cómo evitar la obtención no autorizada de información de un canal de comunicaciones.

El problema de la autentificación trata sobre cómo evitar que un oponente:

²  Modifique una transmisión.

²  Le introduzca datos falsos.

El problema de la disputa trata sobre cómo proporcionar al receptor de un mensaje pruebas legales de la identidad del remitente, que serían el equivalente electrónico de una firma escrita.

Un Sistema de Intimidad Criptográfica

El remitente desea transmitir cierto mensaje no cifrado (texto simple) a un receptor legítimo:

ü  La transmisión se producirá a través de un canal inseguro:

ü  Se supone que podrá ser verificado o conectado mediante un espía.

La criptografía es especialmente útil en los sistemas multiusuario y en las redes de computadoras.

Se debe utilizar para proteger a las contraseñas, almacenándolas cifradas.

Se puede utilizar también para proteger todos los datos almacenados en un sistema de computación; se debe considerar el tiempo de cifrado / descifrado.

7.2.9 PENETRACION SISTEMA OPERATIVO

La penetración definitiva puede consistir en cambiar el bit de estado de la máquina del estado problema al estado supervisor; el intruso podrá así ejecutar instrucciones privilegiadas para obtener acceso a los recursos protegidos por el S. O. Los estudios de penetración están diseñados para:

û  Determinar si las defensas de un sistema contra ataques de usuarios no privilegiados son adecuadas.

û  Descubrir deficiencias de diseño para corregirlas.

El control de entrada / salida es un área favorita para intentar la penetración a un sistema, ya que los canales de entrada / salida tienen acceso al almacenamiento primario y por consiguiente pueden modificar información importante.Una de las metas de las pruebas de penetración consiste en estimar el factor de trabajo de penetración:

û  Indicación de cuánto esfuerzo y recursos son necesarios para conseguir un acceso no autorizado a los recursos del sistema: Debería ser tan grande que resulte disuasivo.

UNIDAD IV

ADMINISTRACION DE LA MEMORIA

4.1 GESTION DE MEMORIA

La memoria es uno de los principales recursos de la computadora, la cual debe de administrarse con mucho cuidado. Aunque actualmente la mayoría de los sistemas de cómputo cuentan con una alta capacidad de memoria, de igual manera las aplicaciones actuales tienen también altos requerimientos de memoria, lo que sigue generando escasez de memoria en los sistemas multitarea y/o multiusuario.

La parte del sistema operativo que administra la memoria se llama administrador de memoria y su labor consiste en llevar un registro de las partes de memoria que se estén utilizando y aquellas que no, con el fin de asignar espacio en memoria a los procesos cuando éstos la necesiten y liberándola cuando terminen, así como administrar el intercambio entre la memoria principal y el disco en los casos en los que la memoria principal no le pueda dar capacidad a todos los procesos que tienen necesidad de ella.

4.1.1 ORGANIZACION DE LA MEMORIA

En primer lugar tenemos que distinguir claramente entre tres tipos de memoria:

Una: la memoria EEPROM donde almacenaremos el programa que haremos, esta memoria solo podrá ser leída por el pic (el pic va leyendo las instrucciones del programa almacenado en esta memoria y las va ejecutando). Al apagar el pic esta memoria no se borra.

Dos: la memoria RAM en cuyos registros se irán almacenando los valores de las variables que nosotros queramos y cuando nosotros queramos (por programa), al apagar el pic esta memoria se borra.

Tres: la memoria EEPROM para datos, es un espacio de memoria EEPROM en la que se pueden guardar variables que queremos conservar aunque se apague el pic. No se tratará aquí por ser una memoria mas difícil de emplear.

4.1.2 ADMINISTRADOR DE LA MEMORIA

El Administrador De Memoria se refiere a los distintos métodos y operaciones que se encargan de obtener la máxima utilidad de la memoria, organizando los procesos y programas que se ejecutan de manera tal que se aproveche de la mejor manera posible el espacio disponible.

Para poder lograrlo, la operación principal que realiza es la de trasladar la información que deberá ser ejecutada por el procesador, a la memoria principal. Actualmente esta administración se conoce como Memoria Virtual ya que no es la memoria física del procesador sino una memoria virtual que la representa. Entre algunas ventajas, esta memoria permite que el sistema cuente con una memoria más extensa teniendo la misma memoria real, con lo que esta se puede utilizar de manera más eficiente. Y por supuesto, que los programas que son utilizados no ocupen lugar innecesario

4.1.3 JERARQUIA DE LA MEMORIA

Se conoce como jerarquía de memoria a la organización piramidal de la memoria en niveles, que tienen los ordenadores. Su objetivo es conseguir el rendimiento de una memoria de gran velocidad al coste de una memoria de baja velocidad, basándose en el principio de cercanía de referencias.

Los puntos básicos relacionados con la memoria pueden resumirse en:

    * Cantidad

    * Velocidad

    * Coste

4.1.4 ESTRATEGIAS PARA LA ADMINISTRACION DE LA MEMORIA

La memoria principal puede ser considerada como un arreglo lineal de localidades de almacenamiento de un byte de tamaño. Cada localidad de almacenamiento tiene asignada una dirección que la identifica.

²  POLITICAS Y FILOSOFIA DE LA ADMINISTRACION DE LA MEMORIA.

La memoria principal es el lugar donde el CPU lee las instrucciones a ejecutar, asi como algunos datos a emplear.

Una de las funciones básicas que debe implementar un SO es la Administración de la Memoria para tener un control sobre los lugares donde están almacenados los procesos y datos que actualmente se están utilizando.

²  MECANISMOS DE ASIGNACION.

Existen 3 mecanismos de Asignación:

1. ASIGNACIÓN DE UNA PARTICIÓN. En la memoria se considera la existencia de una sola partición, esto es, se tiene la capacidad de ejecutar un proceso. La partición es toda la memoria, cuya administración corre por cuenta del usuario, o sea, no hay un sistema operativo.

2. ASIGNACIÓN DE DOS PARTICIONES. La memoria se divide en 2 bloques. En una partición se carga el Sistema Operativo y en la otra el programa del usuario. Es el concepto de Sistema Operativo Monousuario.

3. ASIGNACIÓN DE MULTIPLES PARTICIONES. La memoria es dividida en varias particiones una para el Sistema Operativo y las demás para los procesos de usuarios u otras funciones especiales del Sistema Operativo. Este es el concepto teórico de asignación de memoria en los Sistemas Operativos de Multiparticiones y de Multitarea.

4.1.5 MULTIPROGRAMACION CON PARTICIONES FIJAS Y VARIABLES

Para poder implementar la multiprogramación, se puede hacer uso de particiones fijas o variables en la memoria. En el caso de las particiones fijas, la memoria se puede organizar dividiéndose en diversas partes, las cuales pueden variar en tamaño. Esta partición la puede hacer el usuario en forma manual, al iniciar una sesión con la máquina.

Una vez implementada la partición, hay dos maneras de asignar los procesos a ella. La primera es mediante el uso de una cola única que asigna los procesos a los espacios disponibles de la memoria conforme se vayan desocupando. El tamaño del hueco de memoria disponible es usado para localizar en la cola el primer proceso que quepa en él. Otra forma de asignación es buscar en la cola el proceso de tamaño mayor que se ajuste al hueco, sin embargo hay que tomar en cuenta que tal método discrimina a los procesos más pequeños. Dicho problema podría tener solución si se asigna una partición pequeña en la memoria al momento de hacer la partición inicial, el cual sería exclusivo para procesos pequeños.

4.2 MEMORIA REAL

La memoria real o principal es en donde son ejecutados los programas y procesos de una computadora y es el espacio real que existe en memoria para que se ejecuten los procesos. Por lo general esta memoria es de mayor costo que la memoria secundaria, pero el acceso a la información contenida en ella es de más rápido acceso. Solo la memoria cache es más rápida que la principal, pero su costo es a su vez mayor.

4.2.1 ADMINISTRACION DE LA MEMORIA CON MAPA DE BITS

Este tipo de administración divide la memoria en unidades de asignación, las cuales pueden ser tan pequeñas como unas cuantas palabras o tan grandes como varios kilobytes. A cada unidad de asignación le corresponde un bit en el mapa de bits, el cual toma el valor de 0 si la unidad está libre y 1 si está ocupada (o viceversa). Un mapa de bits es una forma sencilla para llevar un registro de las palabras de la memoria en una cantidad fija de memoria, puesto que el tamaño del mapa sólo depende del tamaño de la memoria y el tamaño de la unidad de asignación.

4.2.2 ADMINISTRACION DE LA MEMORIA CON LISTAS ENLAZADAS

Mantiene una lista enlazada de segmentos de memoria asignados y libres, donde un segmento es un proceso o un hueco entre dos procesos.

•Si la lista se ordena por dirección es más fácil su actualización.

•Si hay dos listas, una para memoria usada y otra para huecos, la asignación es más rápida, pero la liberación es más lenta

•Ocurre lo mismo para asignar hueco de intercambio.

4.2.3 DISTRIBUCION DEL ESPACIO PARA INTERCAMBIO

En algunos sistemas, cuando un proceso esta en la memoria, no se le puede asignar espacio en disco. Cuando deba intercambiarse, puede colocarse en alguna otra parte del disco.los algoritmos para administrar el espacio de intercambio son los mismos que se emplean para administrar la memoria principal.

En otros sistemas, cuando se crea un proceso, el espacio para intercambio se asigna para el en disco. Cada ves que el proceso se intercambia, siempre se cambia a su espacio asignado, en lugar de dirigirse a un lugar diferente en cada ocasión. Cuando el proceso sale, se desasigna el espacio para el intercambio.

4.3 MEMORIA VIRTUAL

Cómo la memoria virtual se mapea a la memoria físicaLa Memoria virtual es un concepto que permite al software usar más memoria principal que la que realmente posee el ordenador. La mayoría de los ordenadores tienen cuatro tipos de memoria: registros en la CPU, la memoria cache (tanto dentro como fuera del CPU), la memoria física (generalmente en forma de RAM, donde la CPU puede escribir y leer directa y razonablemente rápido) y el disco duro que es mucho más lento, pero también más grande y barato.

Muchas aplicaciones requieren el acceso a más información (código y datos) que la que se puede mantener en memoria física.

4.3.1 PAGINACION MEMORIA VIRTUAL

En sistemas operativos de computadoras, los sistemas de paginación de memoria dividen los programas en pequeñas partes o páginas. Del mismo modo, la memoria es dividida en trozos del mismo tamaño que las páginas llamados marcos de página. De esta forma, la cantidad de memoria desperdiciada por un proceso es el final de su última página, lo que minimiza la fragmentación interna y evita la externa.

En un momento cualquiera, la memoria se encuentra ocupada con páginas de diferentes procesos, mientras que algunos marcos están disponibles para su uso. El sistema operativo mantiene una lista de estos últimos marcos, y una tabla por cada proceso, donde consta en qué marco se encuentra cada página del proceso. De esta forma, las páginas de un proceso pueden no estar contiguamente ubicadas en memoria, y pueden intercalarse con las páginas de otros procesos.

4.3.2 SEGMENTACION MEMORIA VIRTUAL

Es un esquema de manejo de memoria mediante el cual la estructura del programa refleja su división lógica; llevándose a cabo una agrupación lógica de la información en bloques de tamaño variable denominados segmentos. Cada uno de ellos tienen información lógica del programa: subrutina, arreglo, etc. Luego, cada espacio de direcciones de programa consiste de una colección de segmentos, que generalmente reflejan la división lógica del programa. La segmentación permite alcanzar los siguientes objetivos:

   1. Modularidad de programas: cada rutina del programa puede ser un bloque sujeto a cambios y recopilaciones, sin afectar por ello al resto del programa.

   2. Estructuras de datos de largo variable: ejm. Stack, donde cada estructura tiene su propio tamaño y este puede variar.

   3. Protección: se puede proteger los módulos del segmento contra accesos no autorizados.

   4. Comparación: dos o más procesos pueden ser un mismo segmento, bajo reglas de protección; aunque no sean propietarios de los mismos.

   5. Enlace dinámico entre segmentos: puede evitarse realizar todo el proceso de enlace antes de comenzar a ejecutar un programa. Los enlaces se establecerán solo cuando sea necesario.

4.3.3 ALGORITMO DE SUSTITUCION DE PÁGINAS

Cuando ocurre una falla de página, el sistema operativo tiene que escoger la página que sacará de la memoria para que pueda entrar la nueva página. Si la página que se eliminará fue modificada mientras estaba en la memoria, se debe reescribir en el disco a fin de actualizar la copia del disco, pero si no fue así (p. ej., si la página contenía texto de programa), la copia en disco ya estará actualizada y no será necesario reescribirla. La nueva página simplemente sobrescribe la que está siendo desalojada.

4.3.4 ASPECTOS DE DISEÑO PARA EL SISTEMA

En las secciones anteriores hemos explicado cómo funciona la paginación y hemos presentado algunos de los algoritmos de reemplazo de páginas básicos. Sin embargo, no basta con conocer los aspectos mecánicos del funcionamiento. Para diseñar un sistema, necesitamos saber mucho más si queremos lograr que funcione bien. La diferencia es similar a la que existe entre saber cómo se mueven la torre, el caballo, el alfil y las demás piezas de ajedrez, y ser un buen jugador En las siguientes secciones examinaremos otros aspectos que los diseñadores de sistemas operad deben considerar detenidamente si quieren obtener un buen rendimiento de un sistema de paginación 

4.3.5 LIBERACION DE PÁGINAS

Un proceso usuario puede emitir una “liberación voluntaria de página” para liberar el marco de página cuando ya no necesitara esa página  

Se puede eliminar el “desperdicio” y acelerar la ejecución.

El inconveniente es que la incorporación de mandatos de liberación de páginas dentro de los programas de usuarios puede ser peligroso y retrasar el desarrollo de aplicaciones.

“Los compiladores y S. O. deberían detectar automáticamente situaciones de liberación de página mucho antes de lo que es posible con estrategias de conjuntos de trabajo”.

UNIDAD III

 ADMINSTRADOR DEL PROCESADOR

3.1 PLANEACION TRABAJOS JOB SCHEDULING

Objetivo de la planificación: Minimizar el tiempo de espera y minimizar el tiempo de respuesta. La planificación (scheduling) es la base para lograr la multiprogramación.

Un sistema multiprogramado tendrá varios procesos que requerirán el recurso procesador a la vez. Esto sucede cuando los procesos están en estado ready (pronto). Si existe un procesador disponible, se debe elegir el proceso que será asignado para ejecutar. La parte del sistema operativo que realiza la elección del proceso es llamada planificador (scheduler).

La planificación hace referencia a un conjunto de políticas Y mecanismos incorporados a sistemas operativos que gobiernan el orden en que se ejecutan los trabajos.

Un planificador es un módulo del S.O que selecciona el siguiente trabajo que hay que admitir en el sistema y el siguiente proceso que hay que ejecutar

En muchos sistemas, la actividad de planificación se divide en tres funciones independientes: planificación a largo, medio, y corto plazo.

3.2 CONCEPTOS BASICOS JOB SCHEDULING

Maximizar la utilización del CPU obtenida con la multiprogramación

Ciclo de ráfaga CPU–I/O. La ejecución del proceso consiste de un ciclo de CPU y de una espera de I/O.

 Distribución de las ráfagas de CPU

Un planificador de tareas es una aplicación de software de la empresa que se encarga de las ejecuciones desatendida fondo, comúnmente conocido por razones históricas como del procesamiento por lotes.

Los sinónimos son lote sistema, Sistema de Gestión de Recursos Distribuidos (SGDD), y Distributed Resource Manager (DRM). Hoy en día el trabajo de programadores suelen ofrecer una interfaz gráfica de usuario y un único punto de control para la definición y el seguimiento de las ejecuciones en el fondo de una red distribuida de computadoras. Trabajo cada vez más programadores están obligados a organizar la integración de los negocios en tiempo real con las actividades tradicionales de transformación de fondo que, a través de diferentes plataformas de sistemas operativos y entornos de aplicaciones de negocio

3.3 TIPOS DE PLANEACION JOB SCHEDULING

Objetivo de la planificación: Minimizar el tiempo de espera y minimizar el tiempo de respuesta. La planificación (scheduling) es la base para lograr la multiprogramación.

Un sistema multiprogramado tendrá varios procesos que requerirán el recurso procesador a la vez. Esto sucede cuando los procesos están en estado ready (pronto). Si existe un procesador disponible, se debe elegir el proceso que será asignado para ejecutar. La parte del sistema operativo que realiza la elección del proceso es llamada planificador (scheduler).

La planificación hace referencia a un conjunto de políticas Y mecanismos incorporados a sistemas operativos que gobiernan el orden en que se ejecutan los trabajos.

Un planificador es un módulo del S.O que selecciona el siguiente trabajo que hay que admitir en el sistema y el siguiente proceso que hay que ejecutar

En muchos sistemas, la actividad de planificación se divide en tres funciones independientes: planificación a largo, medio, y corto plazo.

3.3.1 FIRST IN FIRST OUT JOB SCHEDULING

Primero en llegar primero en ser tendido. la cpu se asigna a los procesos en el orden que lo solicitan,

 cuando el primer proceso entra en el sistema,

se le inicia de inmediato y se le permite ejecutar todo el tiempo que necesite, cuando llegan otros procesos se les coloca al final de la cola.Cuando se bloquea el proceso en ejecucion, se ejecuta el primer proceso de la cola, si un proceso bloqueado vuelve a estar listo se le coloca al final de la cola como si fuera un proceso recien llegado.

. Es del tipo no expropiativo

. Es equitativo

. Solo necesita una cola para implementarse

. Presenta desventajas cuando se tienen procesos dedicados a CPU y dedicados a E/S

3.3.2 ROUND ROBIN JOB SCHEDULING

Algoritmo apropiativo consistente en determinar un quantum (tiempo de reloj) que marcará

el intervalo de CPU que se le cederá al proceso ejecutando. Cuando finalice el quantum al

Proceso se le quitará la CPU y pasará a la cola de listo. La cola de listos sigue la estructura

FIFO. Si un proceso no consume su quantum libera la CPU y ésta es asignada al siguiente

Proceso de la cola de listo.

Los procesos se despachan en “FIFO” y disponen de una cantidad limitada de tiempo de cpu, llamada “división de tiempo” o “cuanto”.

Si un proceso no termina antes de expirar su tiempo de cpu ocurren las siguientes acciones:

1. La cpu es apropiada.

2. La cpu es otorgada al siguiente proceso en espera.

3. El proceso apropiado es situado al final de la lista de listos.

Es efectiva en ambientes de tiempo compartido.

La sobrecarga de la apropiación se mantiene baja mediante mecanismos eficientes de intercambio de contexto y con suficiente memoria principal para los procesos.

Características:

• Fácil de implementar.

• Perjudica a los procesos de E/S.

• Si el quantum es muy grande se comporta como un FCFS.

• El tiempo de respuesta para procesos cortos es bueno.

• Trato equitativo entre procesos, bueno para interactividad.

• No se produce inanición.

• El valor mínimo del quantum debe ser (10 * Tiempo Cambio Contexto )

• El quantum más adecuado es el Tiempo de CPU del proceso más corto.

3.3.3 SHORTEST JOB FIRST JOB SCHEDULING

Es una disciplina no apropiativa y por lo tanto no recomendable en ambientes de tiempo compartido. El proceso en espera con el menor tiempo estimado de ejecución hasta su terminación es el siguiente en ejecutarse. Los tiempos promedio de espera son menores que con “FIFO”.

Los tiempos de espera son menos predecibles que en “FIFO”.

Favorece a los procesos cortos en detrimento de los largos.

Tiende a reducir el número de procesos en espera y el número de procesos que esperan detrás de procesos largos. Requiere un conocimiento preciso del tiempo de ejecución de un proceso, lo que generalmente se desconoce. Se pueden estimar los tiempos en base a series de valores anteriores.

3.3.4 SHORTEST REMAINING TIME JOB SCHEDULING

Esta disciplina elige siempre al proceso que le queda menos tiempo de ejecución estimado para completar su ejecución; de esta forma aunque un proceso requiera mucho tiempo de ejecución, a medida que se va ejecutando iría avanzando en la lista de procesos en estado listo hasta llegar a ser el primero. Para realizar esta elección, es necesario actualizar el PCB de los procesos a medida que se le asigna tiempo de servicio, lo que supone una mayor sobrecarga adicional.

Es una disciplina apropiativa ya que a un proceso activo se le puede retirar la CPU si llega a la lista de procesos en estado listo otro con un tiempo restante de ejecución estimado menor.

Este algoritmo es la versión no apropiativa o espulsiva del algoritmo Shortest Process Next (SPN) o también llamado Shortest Job First (SJF).

En el algoritmo Shortest Remaining Time el planificador selecciona el proceso más corto, al igual que antes, pero en este caso el cambio se controla cada vez que un proceso llega a la cola. Es decir, cuando un proceso se desbloquea o se crea uno nuevo y el tiempo de ráfaga es menor que el tiempo de ráfaga del proceso que se está ejecutando, entonces se realiza un cambio de contexto, el bloqueado se ejecuta y el que se estaba ejecutando pasa a la cola de procesos listos. De este modo cuando se desbloquea o entra un proceso nuevo, se calcula su tiempo de ráfaga. Si el proceso que se está ejecutando le queda más tiempo de ráfaga que nuestro tiempo de ráfaga calculado entonces se procede a realizar el cambio de contexto.

. Definición: Algoritmo apropiativo (que en cualquier momento se le puede quitar la CPU para asignársela otro proceso) consistente en elegir de la cola de listos el proceso con menos necesidad de tiempo restante de CPU para cada instante de tiempo.

Características:

  Ofrece un buen tiempo de respuesta.

  La productividad es alta a cambio de la sobrecarga del sistema (a cada paso debe decidir a que proceso asignarle la CPU).

3.3.5 HIGHEST RESPONSE RATIO NEXT JOB SCHEDULING

Algoritmo apropiativo parecido al SRT consistente en calcular el Reponse Ratio (Ratio de respuesta) para asignar la CPU a procesos más viejos. (Para evitar la inanición).

Características:

  Es muy productivo pero se sobrecarga el sistema.

 Ofrece un buen tiempo de respuesta.

  Equilibra los procesos, aunque da prioridad a los procesos más cortos.

  Evita la inanición (los procesos que envejecen serán ejecutados).

Las prioridades, que son dinámicas, se calculan según la siguiente fórmula, donde pr es la “prioridad”, te es el “tiempo de espera” y ts es el “tiempo de servicio”:

• Elige proceso listo con valor mayor de R

• Tiene en cuenta edad del proceso

• Debe estimarse el tiempo se servicio previamente: en base a historia pasada o valor dado por usuario o administrador.

• R= w + s

R= tasa de respuesta

w= tiempo consumido esperando al procesador

s = tiempo de servicio esperado

Que corrige algunas deficiencias de SJF, particularmente el retraso excesivo de trabajos largos y el favoritismo excesivo para los trabajos cortos. HRN es un disciplina de planificación no apropiativa en la cual la prioridad de cada proceso no sólo se calcula en función del tiempo de servicio, sino también del tiempo que ha esperado para ser atendido. Cuando un trabajo obtiene el procesador, se ejecuta hasta terminar.

3.4 MULTIPROCESAMIENTO PROCESADOR

Un multiprocesador se define como una computadora que contiene dos o más unidades de procesamiento que trabajan sobre una memoria común bajo un control integrado.

Si el sistema de multiprocesamiento posee procesadores de aproximadamente igual capacidad, estamos en presencia de multiprocesamiento simétrico; en el otro caso hablamos de multiprocesamiento asimétrico.

Si un procesador falla, los restantes continúan operando, lo cual no es automático y requiere de un diseño cuidadoso.

Un procesador que falla habrá de informarlo a los demás de alguna manera, para que se hagan cargo de su trabajo .

Los procesadores en funcionamiento deben poder detectar el fallo de un procesador

Determinado. El Sistema Operativo debe percibir que ha fallado un procesador determinado y ya no podrá asignarlo y también debe ajustar sus estrategias de asignación de recursos para evitar la sobrecarga del sistema que está degradado.

Distribución de Ciclos

Una “estructura de ciclos o de repetición” implica la repetición de una serie de proposiciones (cuerpo del ciclo) hasta que ocurre alguna condición de terminación, por ejemplo:

For i = 1 to 3

Do

El procesador secuencial realizará en secuencia lo siguiente:

En un sistema de multiprocesamiento con tres procesadores disponibles se podrían

Ejecutar concurrentemente.

Reducción de la Altura del Arbol

Utilizando las propiedades asociativa, conmutativa y distributiva de la aritmética, los

Compiladores pueden:

1. Detectar el paralelismo implícito en expresiones algebraicas.

2. Producir un código objeto para multiprocesadores que indique las operaciones que se pueden realizar simultáneamente.

3. Reordenar expresiones para que sean más apropiadas para la computación en paralelo.

3.5 CONCEPTOS BASICOS MULTIPROCESAMIENTO

1. Flexibilidad: El mismo sistema puede usarse para un único usuario incrementado el rendimiento en la ejecución de una única aplicación o para varios usuarios y aplicaciones en un entorno compartido.

2. Coste-rendimiento: Actualmente estos sistemas se basan en procesadores comerciales, por lo que su coste se ha reducido drásticamente. La inversión más fuerte se hace en la memoria y la red de interconexión.

Como su nombre indica son aquellos sistemas operativos que están montados sobre ordenadores que están compuestos por más de un procesador, supongamos un PC que en vez de tener un Pentium, tuviera dos o más Pentium conectados entre si dentro de la misma placa base, esto sería un sistema multiprocesador.

CLASIFICACION POR USO DE LOS RECURSOS

Sistemas monoprogramados: Son los que solo permiten la ejecución de un programa en el sistema, se instalan en la memoria y permanecen allí hasta que termine su ejecución. Sistemas multiprogramados: Son aquellos que se basan en las técnicas de multiprogramación, existen dos tipos:

·    Multitarea apropiativa (preemptive): Se utiliza en sistemas operativos cuya gestión es quitar el control del microprocesador al programa que lo tiene.

·    Multitarea cooperativa: El programa tiene el control del microprocesador, el sistema operativo no puede decidir quien usa el microprocesador.

Sistemas de multiprocesamiento: Formado por varios microprocesadores. Depende del tipo de trabajo y los objetivos que debe cumplir cada sistema para dar el mejor servicio al usuario, se clasifican en:

Procesamiento por lotes (batch): Cada programa realiza un conjunto de pasos secuenciales relacionados entre si.

Multiprocesamiento

Medios de multiprocesamiento que tienen más de un procesador que opera en la misma memoria pero ejecuta procesos simultáneamente. En un sistema de multiprocesamiento procesadores múltiples son empleados a ejecutado más de una actividad en el tiempo, siempre que la informática masiva deba ser realizada con regularidad.

3.6 PARALELISMO MULTIPROCESAMIENTO

El paralelismo consiste en ejecutar más instrucciones en menos tiempo, aunque las instrucciones sigan tardando lo mismo en ejecutarse, mediante un simple truco, aunque algo difícil de explicar en detalle. Intentémoslo.

un microprocesador ejecuta instrucciones de código máquina.

Estas instrucciones le dicen como tiene que ir modificando diferentes posiciones de memoria, y como debe ir modificando el flujo de ejecución. Se tiende a pensar, erróneamente, que un procesador con un reloj a 200 MHz (200 millones de ciclos por segundo) ejecuta 200 millones de estas operaciones por segundo. Esto no es así, por una sencilla razón. Una instrucción no se ejecuta en un solo ciclo de reloj, salvo alguna rara excepción. De hecho, algunas instrucciones tardan bastantes más ciclos, llegando algunas a necesitar 50 o más ciclos para completarse. En cambio, las más rápidas se ejecutan en tan sólo 3 o 4 ciclos de reloj. Aquí es donde entra el paralelismo para solucionar este problema. Se puede dividir cualquier instrucción en fases más o menos comunes a todas:

-fetch (carga de la instrucción desde la memoria al procesador)

-decodificación (identificación de qué instrucción nos hemos encontrado)

-carga de operandos

-operación en sí

-escritura de resultados

3.7 SISTEMAS MULTIPROCESAMIENTO

Que ir modificando diferentes posiciones de memoria, y como debe ir modificando el flujo de ejecución. Se tiende a pensar, erróneamente, que un procesador con un reloj a 200 MHz (200 millones de ciclos por segundo) ejecuta 200 millones de estas operaciones por segundo. Esto no es así, por una sencilla razón. Una instrucción no se ejecuta en un solo ciclo de reloj, salvo alguna rara excepción. De hecho, algunas instrucciones tardan bastantes más ciclos, llegando algunas a necesitar 50 o más ciclos para completarse. En cambio, las más rápidas se ejecutan en tan sólo 3 o 4 ciclos de reloj. Aquí es donde entra el paralelismo para solucionar este problema. Se puede dividir cualquier instrucción en fases más o menos comunes a todas:

-fetch (carga de la instrucción desde la memoria al procesador)

-decodificación (identificación de qué instrucción nos hemos encontrado)

-carga de operandos

-operación en sí

-escritura de resultados

3.8 ORGANIZACIÓN DEL MULTIPROCESADOR

Los multiprocesadores se caracterizan por los siguientes aspectos:

• Un multiprocesador contiene dos o más procesadores con capacidades aproximadamente comparables.

• Todos los procesadores comparten el acceso a un almacenamiento común y a canales de Entrada / Salida, unidades de control y dispositivos.

• Todo está controlado por un Sistema Operativo que proporciona interacción entre procesadores y sus programas en los niveles de trabajo, tarea, paso, archivo y elementos de datos.

Las organizaciones más comunes son las siguientes:

• Tiempo compartido o bus común (conductor común).

• Matriz de barras cruzadas e interruptores.

• Almacenamiento de interconexión múltiple.

Tiempo Compartido o Bus Común (o Conductor Común)

Usa un solo camino de comunicación entre todas las unidades funcionales

El bus común es en esencia una unidad pasiva.

Un procesador o procesador de Entrada / Salida que desee transferir datos debe efectuar los siguientes pasos:

1. Verificar la disponibilidad del conductor y de la unidad de destino.

2. Informar a la unidad de destino de lo que se va a hacer con los datos.

3. Iniciar la transferencia de datos.

Las unidades receptoras deben poder reconocer qué mensajes del bus son enviados hacia ellas y seguir y confirmar las señales de control recibidas de la unidad emisora.

Es una organización económica, simple y flexible pero con una sola vía de comunicación, por lo cual:

• El sistema falla totalmente si falla el bus.

• La tasa neta de transmisiones está limitada por la tasa neta de transmisión del conductor.

• La contención por el uso del bus en un sistema sobrecargado puede ocasionar una seria degradación.

Matriz de Barras Cruzadas e Interruptores

En este caso existe un camino diferente para cada unidad de almacenamiento, por lo cual las referencias a dos unidades diferentes de almacenamiento no son bloque antes sino simultáneas y la multiplicidad de caminos de transmisión puede proporcionar tasas de transferencia muy altas

Almacenamiento de Interconexión Múltiple Se obtiene al sacar las lógicas de control, de conmutación y de arbitraje de prioridades fuera del interruptor de barras cruzadas se las coloca en la interfaz de cada unidad de almacenamiento

Cada unidad funcional puede acceder a cada unidad de almacenamiento, pero sólo en una “conexión de almacenamiento” específica, es decir que hay una conexión de almacenamiento por unidad funcional.

El conexionado es más complejo que en los otros esquemas.

Se puede restringir el acceso a las unidades de almacenamiento para que no todas las unidades de procesamiento las accedan, en tal caso habrá unidades de almacenamiento “privadas” de determinados procesadores

3.9 SISTEMAS OPERATIVOS DEL MULTIPROCESADOR

Sistema Operativo de Multiprocesadores Las capacidades funcionales de los Sistema Operativo de multiprogramación y de multiprocesadores incluyen lo siguiente:

• Asignación y administración de recursos.

• Protección de tablas y conjuntos de datos.

• Prevención contra el ínter bloqueo del sistema.

• Terminación anormal.

• Equilibrio de cargas de Entrada / Salida.

• Equilibrio de carga del procesador.

• Reconfiguración.

Las tres últimas son especialmente importantes en Sistemas Operativos de multiprocesadores, donde es fundamental explotar el paralelismo en el hardware y en los programas y hacerlo automáticamente. Las organizaciones
básicas de los Sistemas Operativos para multiprocesadores son las siguientes:

• Maestro / satélite.

• Ejecutivo separado para cada procesador.

• Tratamiento simétrico (o anónimo) para todos los procesadores.

·    Maestro / Satélite - Es la organización más fácil de implementar.

No logra la utilización óptima del hardware dado que sólo el procesador maestro puede ejecutar el Sistema Operativo y el procesador satélite sólo puede ejecutar programas del usuario.

·    Ejecutivos Separados - Cada procesador tiene su propio Sistema Operativo y responde a interrupciones de los usuarios que operan en ese procesador.

Existen tablas de control con información global de todo el sistema (por ejemplo, lista de procesadores conocidos por el Sistema Operativo) a las que se debe acceder utilizando exclusión mutua.

·    Tratamiento Simétrico - Es la organización más complicada de implementar y también la más poderosa y confiable.

El Sistema Operativo administra un grupo de procesadores idénticos, donde cualquiera puede utilizar cualquier dispositivo de Entrada / Salida y cualquiera puede referenciar a cualquier unidad de almacenamiento.