Sistema operativo

LECCIÓN 12 

SISTEMAS OPERATIVOS 

Prof. Ing. Miguel Angel Aguilar Ulloa 

© 2009-2010

© Copyright 2009. Ing. Miguel Angel Aguilar Ulloa. 

Última actualización: 24/10/2009. 

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Sistemas operativos | © 2009-2010 Prof. Ing. Miguel Angel Aguilar Ulloa 

2

1. Definición de un Sistema Operativo. 

2. Estructura de un Sistema Operativo. 

3. Kernel. 

4. Procesos. 

5. Calendarización de Procesos (Scheduling). 

6. Sincronización de Procesos. 

7. Manejo de Memoria. 

8. Sistemas de Archivos. 

9. Sistemas de E/S y Controladores de Dispositivos. 

10. Sistemas operativos en tiempo real (RTOS). 

CONTENIDO 


3

1. DEFINICIÓN DE SISTEMA OPERATIVO

Programas alambrados 

• En el inicio de la computación digital (e.g. ENIAC), el manejo del 

computador era manual por cada instrucción. 

• La arquitectura diseñada por John von Neumann presentaba una memoria 

que almacenaba datos e instrucciones, las cuales debían ser alimentadas 

manualmente. 

• Todas las instrucciones son en lenguaje máquina. El programador requiere 

un conocimiento electrónico detallado de cada parte del computador, 

incluyendo los dispositivos de entrada y salida de datos. 

DEFINICIÓN DE SISTEMA OPERATIVO 

• Caracterísicas: 

Lenguaje de programación: lenguaje de máquina por alambrado físico. 

Ventajas: los programas permanecían almacenados. 

Desventajas: programación tediosa. 


5

ENIAC 



6

Relays 

• Algún tiempo después (alrededor de 1955), los relays sustituyeron al 

cableado, y el ingreso de instrucciones se efectuaba a través de una consola 

de n bits con una palanca. 

• Características: 

Lenguaje de programación: lenguaje de maquina. 

Ventajas: no dependía de alambrado específico. 

Desventajas: depuración tediosa y en caso de error requería reescribir 

todo el programa. 



7

Tarjetas perforadas 

• Una forma de automatización fue el diseño de lectores de tarjetas 

perforadas divididas en filas y columnas, representando bits. 

• Surge el concepto de cargador de programa, que para el caso de las 

tarjetas perforadas era la maquina electrónica encargada de leer las 

tarjetas. 


Lenguaje de programación: lenguaje máquina mediante las tarjetas 

perforadas. 

Ventajas: muchas instrucciones podían ser escritas en una sola tarjeta, 

automatización del sistema de carga. 

Desventajas: sigue siendo lenguaje de maquina. 



8

Tarjetas perforadas 



9

Ensamblador 

• Junto al refinamiento del componente electrónico, el software empezó a 

evolucionar. 

• Se creo un lenguaje de bajo nivel que asignaba nombres simbólicos 

(nemónicos) a cada instrucción de lenguaje de maquina. 

• El ensamblador es el programa encargado de traducir nemónicos en 

lenguaje de maquina. 


Lenguaje de programación: lenguaje ensamblador. 

Ventajas: aumento dramático de la productividad, la depuración se 

convirtió en un elemento factible, diseño de las primeras bibliotecas de 

funciones. 

Desventajas: programas complejos. 



10

Lenguaje de alto nivel 

• John Backus: programar debe ser una actividad intelectualmente 

productiva. 

• FORTRAN: primer lenguaje de alto nivel (HLL) traducido. 

• El HLL debe ser traducido a lenguaje de maquina o ensamblador. 

• Reto: la traducción debe ser eficiente. 

• Compilador: programa que traduce código de alto nivel a una forma de 

menor nivel. 



11

Proceso de traducción del lenguaje de alto nivel 

HLL 

Compilador 

Lenguaje 

Ensamblador 

int d; 

for (d = 0; d < MAX_COUNTER; d++) 

.data 

mov r0, 0xAfd 


Ensamblador 

Lenguaje 

Maquina 

0000110101100 

0100111000000 

0000110001111 


12

Operaciones comunes en un sistema 

• Ciertas operaciones se volvieron comunes para todos los programas, por 

lo que se crearon grupos de tarjetas con estas funciones: 

Inicializar dispositivos. 

Cargar un programa en memoria. 

Cargar el {compilador, ensamblador}. 

Ejecutar el {compilador, ensamblador}. 

Limpiar el estado entre programas. 

Aparece el Operador del sistema (Operador). 



13

Operador del sistema = Sistema operativo 



14

Sistema operativo 

• El siguiente paso en la historia fue el reemplazo de operador del sistema 

por una forma automatizada. 

• El sistema operativo es el sistema que se encarga de administrar el 

hardware para proveer un servicio al usuario, que no necesariamente 

conoce la arquitectura a bajo nivel. 

• Un sistema operativo es un conjunto coherente de programas cuya 

función es la administración del hardware del computador con el fin de 

brindar facilidades o servicios a sus usuarios, sean estos administradores de 

sistemas, desarrolladores o usuarios. 



15

Condiciones de operación del sistema operativo 

• El sistema operativo debe garantizar al usuario las siguientes condiciones 

de operación: 

Transparencia: el OS no debe interferir con el objetivo del usuario, 

ejecutado a través de las aplicaciones. 

Eficiencia: el OS debe consumir la menor cantidad de CPU y memoria. 

Seguridad: el OS debe garantizar que los recursos (en especial memoria y 

almacenamiento) son reservados y mantenidos de forma privada para los 

usuarios cuando estos lo requieran. 

Interfaz con el usuario: ejecución de comandos mediante instrucciones 

de texto (terminal) o metáforas graficas (GUI). 

Ejecución de programas: capacidad de cargar un archivo binario en 

memoria y ejecutar los contenidos del archivo. 



16

Condiciones de operación del sistema operativo 

Operaciones de E/S: acceso a dispositivos por medio de funciones 

especiales que garanticen uso eficiente de recursos. 

Almacenamiento persistente: definición, manejo y operación. 

Comunicación: definición de los mecanismos 

procesos, sean en un solo computador o en varios. 

de comunicación entre 

Detección de errores: capacidad de actuar frente a errores de software, 

hardware o usuario y proveer facilidades de análisis. 

Reserva de recursos: el OS debe ser capaz de determinar que recursos se 

asignan a cada proceso y como deben distribuirse. 

Contabilización: el OS debe almacenar información sobre su uso para 

análisis y configuración. 



17

2. ESTRUCTURA DE UN SISTEMA OPERATIVO

• Los OS presentan una estructura jerárquica: 

El hardware es el objeto que ejecuta el computo. 

El kernel o núcleo del sistema operativo se encarga de orquestar la 

asignación de recursos, en particular el CPU y dirigir diferentes módulos 

para manejo de diversos componentes de hardware. 

El shell, una interfaz de comandos directa a los servicios del sistema que 

permite cargar otros procesos. 

El ecosistema de aplicaciones de usuario, que hacen uso de los servicios 

del OS por medio de interfaces de software. 

Esta estructura en capas permite al OS crecer de forma ortogonal 

(independencia entre niveles). 

ESTRUCTURA DE UN SISTEMA OPERATIVO 


19

Usuario 

Aplicaciones 

Servicios (API) 

Núcleo 

Shell 

Drivers 


Hardware 

*Los bloques en rojo corresponden al sistema operativo como tal 


20



21

3. KERNEL

Núcleo de un sistema operativo (Kernel) 

• Es el software responsable de facilitar a aplicaciones acceso al hardware de la 

computadora. Es así como es el encargado de gestionar recursos de hardware, a 

través de servicios de llamada al sistema. 

KERNEL 

• La funciones de arranque más importantes son: 

Inicializar los registros del procesador. 

Inicializar la memoria. 

Inicializar los dispositivos del sistema. 

Definir las funciones del vector de interrupciones. 

Inicializar las colas de calendarización de procesos. 

Identificar y montar los medios de almacenamiento persistentes. 

Inicializar los servicios del sistema operativo. 

• Las funciones más importantes en tiempo de ejecución son : 

La comunicación entre los programas y el hardware. 

Gestión de los distintos programas (tareas) de una máquina. 

Gestión del hardware (memoria, procesador, periférico, forma de 

almacenamiento, entre otros). 


23

El Kernel y las Instrucciones de CPU 

• Las instrucciones que ejecuta un computador pueden ser potencialmente 

peligrosas si su uso es indiscriminado. 

KERNEL 

• El procesador mediante un registro y usualmente interrupciones de 

hardware dividen las instrucciones en dos modos: 

Modo supervisor o privilegiado: instrucciones que solamente el SO puede 

acceder. 

Modo no privilegiado: instrucciones que cualquier proceso puede acceder 

El kernel inicia en modo privilegiado. 


24

Tipos de Kernel 

Monolitico: todos los servicios se ejecutan en espacio de memoria del 

kernel. 

KERNEL 

Microkernel: un kernel que implementa un conjunto mínimo de servicios 

como comunicación entre procesos, manejo de memoria y calendarización, 

y permite que se implementen otros servicios por medio de código en 

espacio de usuario (servidores o demonios). 

Nanokernel: el código que se ejecuta en modo supervisor del hardware 

es mínima, generalmente el kernel se reduce a drivers mínimos y el OS se 

implementa en espacio de usuario. 

Exokernel: un kernel que implementa llamadas a sistema de un sistema 

operativo para simular otro o proveer mejoras en rendimiento de 

aplicaciones. 


25

Kernel monolítico vs microkernel 

KERNEL 


26

Kernel de Linux 

KERNEL 


27

Llamadas al sistema (System calls) 

• Las llamadas a sistema (system calls) son funciones que permiten a los 

programas acceder a los servicios del OS. 

KERNEL 

• Los system calls están disponibles a través de archivos que se incluyen en 

el código fuente. 

• Conforman una interfaz de software que presenta un comportamiento 

determinístico del sistema operativo 


28

Contextos de ejecución 

• También pueden verse como un mecanismo de protección del sistema 

operativo que separa los procesos en dos contextos de ejecución: 

KERNEL 

Contexto de usuario: los procesos que se ejecutan en este contexto son 

los programas de aplicación que pueden accederse desde alguna de las 

interfaces de usuario. 

Contexto del kernel: los procesos que se ejecutan en este contexto 

pueden acceder instrucciones privilegiadas. 

• Normalmente una llamada a sistema en espacio de usuario se traduce en 

una o mas llamadas de sistema en espacio del kernel. 


29

Contextos de ejecución 

Espacio Usuario 

Espacio Kernel 

KERNEL 

Aplicación 

de usuario 

Biblioteca de C 

Kernel 

Llamada al 

sistema 

getpid(void) 

Transición al kernel (int 80) 

eax = _NR_getpid 

system_call 

system_call_table(eax) 

syscall_exit 

return 

sys_getpid() 

return 

resume_userspace 


30

System calls en Linux 

• Linux se caracteriza por garantizar que la operación del sistema operativo 

es segura, por lo tanto, las llamadas a sistema se ejecutan bajo la 

interrupción 0x80 con la llamada a sistema deseada como parámetro. 

KERNEL 

• El parámetro representa una entrada en el vector de interrupciones y 

excepciones donde se ha instalado previamente un manejador para la 

interrupción, llamado. 


31

Agregar nuevos system calls 

• Si se desea agregar system calls en Linux, se requiere modificar y agregar 

los siguientes archivos: 

KERNEL 

/usr/src/linux/arch/i386/kernel/syscall_table.S 

/usr/src/linux/include/asm-i386/unistd.h 

/usr/src/linux/include/linux/syscalls.h 

/usr/src/linux/Makefile 

/usr/src/linux/mi_syscall/mi_syscall.c 

/usr/src/linux/mi_syscall/Makefile 


32

4. PROCESOS

• Un programa es un archivo binario almacenado en memoria con la 

propiedad de contener código ejecutable que puede ser interpretado por 

un CPU. 

• Un proceso es una instancia dinámica (copia en memoria) de un programa 

que tiene un estado definido independiente de otras instancias. 

PROCESOS 

• Muchos procesos pueden compartir el mismo programa 

• Ejemplo: múltiples instancias del programa de copia de archivos cp en 

Linux. 


34

Estructura de un proceso 

• Un proceso presenta las siguientes partes (segmentos): 

Text: código del programa, puede incluir símbolos para depuración si se 

especifica en tiempo de compilación. 

PROCESOS 

PC: contador de programa, indica la dirección de la instrucción actual. 

Data: contiene variables y estructuras de datos globales declaradas 

estáticamente. 

Stack: datos temporales como direcciones de retorno de funciones, 

variables locales y parámetros de llamada a funciones. 

Heap: área para reserva dinámica de memoria (estructuras de datos 

dinámicas), malloc(). 


35

Estructura de un proceso 

PROCESOS 

Stack 

Heap 

Data 

Text 


36

Estados de un proceso 

• Los procesos pueden encontrarse en varios estados distintos: 

Nuevo: se crea una nueva instancia de un proceso en memoria y solicita 

ingreso a una de las colas de calendarización. 

Listo: se crea una estructura de datos en la cola y espera ser ejecutado. 

Ejecutándose: el calendarizador guarda el estado del proceso anterior (en 

particular el valor del IP), envía una señal al CPU para iniciar un 

temporizador por hardware que creara una interrupción posterior, coloca el 

valor del IP a la dirección de memoria de la función de inicio del proceso y le 

cede el CPU. 

En espera: cuando la interrupción ocurre, el manejador de 

interrupciones del temporizador cede el procesador al calendarizador, 

guarda el estado del proceso actual y lo coloca en la cola respectiva hasta 

que la condición de espera termine y pase nuevamente al estado de Listo. 

Terminado: el proceso ha finalizado su ejecución y puede ser eliminado, 

el OS reclama el espacio de memoria. 

PROCESOS 


37

Estados de un proceso 

PROCESOS 

Nuevo 

En Espera 

Listo 

En Ejecucion 

Terminado 


38

Cambio de contexto 

• Al proceso de asignar el CPU a un nuevo proceso se le denomina cambio 

de contexto. 

PROCESOS 

• El cambio de contexto ocurre dentro del modo privilegiado, por tanto, el 

kernel que ejecuta sus propios procesos debe guardar el estado de estos. 

• Cambiar de contexto es una operación costosa en CPU y una de las 

mayores penalizaciones de rendimiento, en particular en OS basados en 

microkernel. 

• PCB: process control block, la estructura de datos que se manipula en las 

colas de calendarización. 


39

Bloque de control de proceso (Process control block) 

Estado del proceso 

PROCESOS 

ID del proceso 

Contador de Programa 

(PC) 

Registros del CPU 

Información de 

calendarización 

Información de la 

memoria 

Información 

estadística 

Información de E/S y 

descriptores de archivos 


40

Crear un proceso 

• Todo proceso puede crear otros procesos por medio de un system call. El 

proceso que crea es un proceso padre, y los nuevos procesos son procesos 

hijos. Los procesos se organizan en arboles de procesos. 

PROCESOS 

• En términos de espacio de direcciones, existen dos posibilidades para un 

proceso nuevo: 

El proceso es un duplicado del padre. 

El proceso contiene un nuevo programa. 

En términos de ejecución, existen dos posibilidades: 

Los procesos hijo se ejecutan de forma concurrente al padre (no hay 

condición de espera). 

El padre espera a que los procesos hijo terminen. 


41

La instrucción fork() 

• En sistemas estilo UNIX, fork() es una función que crea un proceso 

nuevo a partir de un proceso en ejecución. 

PROCESOS 

• El código del proceso es idéntico al código del proceso padre y puede ser 

reemplazado en tiempo de ejecución para hacer una llamada a otro proceso 

mediante la función execl(). 

• Ambos procesos pueden ejecutarse en paralelo, y usualmente el proceso 

padre espera a la terminación de los procesos hijo por medio de la llamada 

wait(). 


42

Ejemplo del uso de fork() 

#include 

pid_t ch_pid; 

int ch_stat, status; 

char *p_arg1, *p_arg2; 

void exit(); 

PROCESOS 

int main () { 

if ((ch_pid = fork()) < 0) { 

/* Could not fork... check errno */ 

} 

} 

else if (ch_pid == 0) { /* child */ 

(void)execl("/usr/bin/prog2", "prog", p_arg1, p_arg2, (char *)NULL); 

exit(2); /* execl() failed */ 

} 

else { /* parent */ 

while ((status = wait(&ch_stat)) != ch_pid) { 

if (status < 0 && errno == ECHILD) 

break; 

errno = 0; 

} 

} 


43

Finalización de un proceso 

• Cuando un proceso alcanza la instrucción final en su ejecución, el sistema 

operativo reclama los recursos del proceso finalizado. El proceso pasa al 

estado de finalizado con lo que el sistema activa los mecanismos de 

recuperación de memoria, cierre de archivos abiertos y mecanismos de 

comunicación entre procesos. 

PROCESOS 

• Otras condiciones de terminación son: 

El proceso finalizo explícitamente por acción de otro proceso mediante 

una llamada a sistema. 

El proceso excedió los recursos asignados por el sistema operativo. 

El proceso he cumplido su función y su ejecución no es necesaria. 

El proceso padre finalizo y el sistema operativo requiere que los procesos 

hijos finalicen con el. 


44

Procesos concurrentes en el sistema operativo 

• En un OS pueden ocurrir tres condiciones con procesos ejecutándose en 

memoria: 

PROCESOS 

Dos procesos A y B son independientes si la ejecución de A no afecta de 

ninguna forma la ejecución de B, tanto en términos de proveer algún 

recurso o limitar los recursos del sistema. 

Dos procesos A y B son cooperativos si alguno de ellos provee recursos o 

facilidades al otro. 

Dos procesos A y B son competitivos si la ejecución de alguno de ellos 

limita la ejecución del otro en términos de recursos. 

Por definición todos los procesos compiten por CPU y memoria. 


45

Comunicación entre procesos (IPC) 

• Gracias a los modelos de multiprogramación y a la presencia de unidades 

de procesamiento múltiples en arquitecturas modernas, es posible tener 

procesos que se ejecutan de forma simultanea en el sistema. 

PROCESOS 

• Algunas de las razones por las cuales se implementan mecanismos de 

comunicación entre procesos son: 

Compartir información de interés común de manera eficiente. 

Paralelismo potencial entre partes del código que pueden ejecutarse de 

forma concurrente (ARM+DSP). 

Modularidad en el diseño de componentes del sistema operativo donde 

se definen protocolos e interfaces de comunicación. 

Conveniencia para el usuario final debido a que el tiempo que toma un 

proceso es mucho mas rápido que el de la percepción. 

La comunicación entre procesos es no determinística. 


46

El modelo de memoria compartida 

• La memoria compartida es un modelo de IPC que se basa en acceso 

concurrente a una memoria global para todos los procesos. 

PROCESOS 

• Esta memoria debe ser eficiente (múltiples procesos leen y escriben) y 

coherente (la semántica de operaciones sobre la memoria debe tomar en 

cuenta la concurrencia y evitar race conditions). 

• Los procesos operan usualmente como productores (escriben en espacios 

de la memoria compartida llamados buffers) y consumidores (leen de la 

memoria compartida). 


47

Memoria compartida 

PROCESOS 

Datos 

Privados 

Proceso 

Datos 

Privados 

Proceso 

Memoria 

Compartida 

Proceso 

Datos 

Privados 

Proceso 

Datos 

Privados 


48

Ejemplo de memoria compartida 

#include 

#include 

#include 

#include 

/* Declare storage to be shared across nodes globally so that virtual */ 

/* addresses are identical on each node. */ 

long srcBuf[] = { 

0xb1ffd1da, 

0xb00b00b1, 

0xfffedf1d, 

0x0badbeef, 

0xf1d0d1ed 

}; 

long targetBuf[sizeof(srcBuf) / sizeof(long)]; 

int main(int argc, char *argv[]) 

{ 

int thisPeId; 

int numNodes; 

/* Pass argc and argv by reference to allow shmem_initialize() to */ 

/* remove the -np and -key arguments from argv. */ 

shmem_initialize(&argc, &argv); 

thisPeId = my_pe(); 

numNodes = num_pes(); 

printf("PE number %d\n", thisPeId); 

barrier(); /* Let everyone get synchronized. */ 

if (!thisPeId) { 

shmem_put (targetBuf, srcBuf, sizeof(srcBuf) / sizeof(long), 1); 

shmem_get (targetBuf, targetBuf, sizeof(srcBuf) / sizeof(long), 1); 

if (!memcmp(srcBuf, targetBuf, sizeof(srcBuf))) 

printf("shmem_put() and shmem_get() to node 1 succeeded.\n"); 

else 

printf("shmem_put() and shmem_get() to node 1 failed.\n"); 

} 

/* barrier() prevents node 1 from exiting before it serves the */ 

/* put and get for node 0. */ 

barrier(); 

shmem_finalize(); 

return (0); 

} 

PROCESOS 


49

Paso de mensajes 

• El modelo de paso de mensajes se fundamenta en dos operaciones 

esenciales entre procesos: 

PROCESOS 

send(): envía un conjunto de datos a un proceso. 

receive(): recibe un conjunto de datos desde un proceso. 

• La comunicación puede ser sincrónica (requiere algún tipo de 

ordenamiento temporal) o asincrónica sin orden temporal. 

• Una de las características de este modelo es que la sincronización de 

procesos debe ser explicita mediante barreras o bloqueos. 

• No existe un orden cronológico por tiempo de reloj, debido a que el 

ordenamiento de los eventos depende de muchos factores no 

determinísticos (interrupciones, timers, operaciones de I/O). 


50

Paso de mensajes 

PROCESOS 


51

Hilos (Threads) 

• Cuando se requiere que las tareas compartan valores comunes tales como 

variables o estructuras de datos, los procesos presentan un inconveniente. 

PROCESOS 

• Cada proceso posee un espacio individual de memoria aislado, por lo tanto 

debe implementarse alguna forma de IPC. 

• IPC es costosa en el sistema operativo y tiene efectos complejos 

(normalmente negativos) en el orden que el calendarizador del sistema 

elige las prioridades que deben ejecutarse. 

• Los hilos son procesos livianos que tienen la propiedad de compartir un 

solo PBC por conjunto de procesos 


52

Hilos (Threads) 

• Las aplicaciones de los hilos son variadas, pero generalmente se utilizan 

para atender muchas solicitudes de un mismo tipo con el mismo código. 

PROCESOS 

• Este modelo es útil para aplicaciones cliente/servidor, y en sistemas 

empotrados es útil para tener hilos de atención concurrentes que 

respondan a atención de eventos (i.e. un hilo que captura audio, un hilo que 

envía el audio al DSP y otro hilo que se encarga de enviar el audio 

decodificado a los parlantes). 


53

Proceso de un solo hilo y multihilo 

Proceso de un solo hilo 

Proceso de múltiples hilos 

PROCESOS 

Código Datos Archivos 

Código Datos Archivos 

Registros 

Pila 

Registros 

Registros 

Registros 

Pila 

Pila 

Pila 


54

Procesos e hilos en UNIX 

Proceso de un solo hilo 

Proceso de múltiples hilos 

PROCESOS 

stack 

.text 

Espacio de Usuario 

rutina1() 

var1 

var2 

main() 

rutina1() 

rutina2() 

Puntero 

de Pila 

PC 

Registros 

stack 

Hilo 1 

stack 

Hilo 2 

Espacio de Usuario 

rutina1() 

var1 

var2 

rutina2() 

var1 

var2 

Puntero 

de Pila 

PC 

Registros 

Puntero 

de Pila 

PC 

Registros 

.data 

arreglo1 

arreglo2 

ID de Proceso 

ID de Grupo 

ID de Usuario 

.text 

main() 

rutina1() 

rutina2() 

ID de Proceso 

ID de Grupo 

ID de Usuario 

.data 

arreglo1 

arreglo2 


55

Pthreads 

#include 

#include 

#include 

void * thread1() 

{ 

while(1){ 

printf("Hello!!\n"); 

} 

} 

void * thread2() 

{ 

while(1){ 

printf("How are you?\n"); 

} 

} 

int main() 

{ 

int status; 

pthread_t tid1,tid2; 

pthread_create(&tid1,NULL,thread1,NULL); 

pthread_create(&tid2,NULL,thread2,NULL); 

pthread_join(tid1,NULL); 

pthread_join(tid2,NULL); 

return 0; 

} 

PROCESOS 


56

Ventajas de los hilos 

• El OS posee una mayor capacidad de respuesta y eficiencia debido a 

concurrencia incrementada. 

PROCESOS 

• Los recursos de un proceso pesado (o proceso común de sistema) pueden 

compartirse en tareas que interactúan, sin necesidad de mecanismos 

intermedios. 

• La creación de un proceso exige un tiempo de inicialización, así como 

mantener el estado del proceso es una actividad costosa, mientras que los 

hilos solamente requieren recorrer el estado del PCB. 

• Las arquitecturas modernas de computadores proveen mecanismos para 

manejo de hilos por hardware. 


57

Modelos de sistemas multihilo 

• Al igual que en el caso de procesos, el cambio de contexto y las 

operaciones en hilos requieren administración por parte del Kernel. 

PROCESOS 

• Existen varios modelos mediante los cuales los hilos de espacio de usuario 

se mapean a hilos de espacio del kernel y el cambio de contexto ocurre 

entre ellos: 

En el modelo N a 1, muchos hilos de usuario son atendidos por un solo 

hilo del kernel. 

En el modelo 1 a 1, cada thread de espacio de usuario se mapea a un 

thread de espacio del kernel. 

En el modelo N a M, varios threads de espacio de usuario se mapean a un 

pool de hilos de espacio del kernel. 


58

Modelos de sistemas multihilo 

Hilos de usuario 

N a 1 

PROCESOS 

Hilo de kernel 

K 

1 a 1 

Hilos de usuario 

N a N 

K K K Hilos de kernel K K K 


59

5. CALENDARIZACIÓN DE PROCESOS (SCHEDULING)

• Una vez que el sistema operativo es capaz de manejar varios procesos de 

manera concurrente (real o simulada), se requiere determinar como 

ordenar la ejecución de los procesos. El SO debe tomar en cuenta varios 

aspectos: 

Los programas tienden a tener un comportamiento basado en las reglas 

de localidad espacial y localidad temporal. 

Localidad espacial: las instrucciones mas cercanas a la instrucción actual 

tienen mayor probabilidad de ejecutarse que otras mas lejanas. 

Localidad temporal: el 90% de tiempo de CPU se gasta en el 10% de las 

instrucciones. 

La mayor parte de las instrucciones mas onerosas no utilizan el CPU, sino 

que son las instrucciones de entrada/salida. 

CALENDARIZACIÓN DE PROCESOS (SCHEDULING) 


61

El calendarizador de procesos (Scheduler) 

• El calendarizador de procesos es un trozo de código dentro del kernel 

(monolítico) o un modulo cargable (microkernel) cuya función es 

determinar el orden de los procesos de tal forma que la distribución de los 

recursos, en particular CPU, sea eficiente. 

• El calendarizador de procesos maneja estructuras de datos denominadas 

colas de prioridad, en las cuales a los procesos se les otorga un valor 

especial que indica si se eligen preferencialmente sobre otros a la hora de 

ceder el CPU. 

• Existen dos formas de calendarización: preemptiva en donde un proceso 

entrante, de tener mayor prioridad o en presencia de interrupciones que 

deban ser atendidas, cede el CPU a un nuevo proceso, y no preemptiva, 

donde los procesos tienen el procesador por el tiempo que se les asigna sin 

ceder el CPU a procesos de mayor prioridad. 



62

El dispatcher 

• Una vez que el calendarizador (scheduler) ha decidido mediante un 

algoritmo que implementa un modelo de scheduling cual proceso debe 

utilizar el CPU, un trozo de codigo del kernel, llamado el dispatcher, se 

encarga de pasar el control al proceso respectivo. 

• Cambia de contexto de ejecución del kernel a contexto de ejecución de 

usuario. 

• Cambiar el modo de operación a no privilegiado. 

• Colocar el valor del PC en la dirección de la siguiente instrucción del 

proceso que ahora utiliza el CPU. 



63

Control de procesos en el scheduler 

• A cada proceso se le asigna un tiempo, usualmente medido en 

milisegundos, para poder acceder al CPU. Ese valor se denomina un 

quantum. 

• Una vez que el kernel ha cedido el procesador, este debe retomar control 

del procesador para continuar las tareas administrativas. 

• Antes de ceder el procesador, el kernel inicializa un timer de hardware en 

el procesador que al finalizar lanza una interrupción que será atendida por 

una función definida en el vector de interrupciones que retorna el control al 

calendarizador. 



64

Criterios de calendarización 

• Con base en los siguientes criterios, se diseñan algoritmos de 

calendarización que buscan maximizar la eficiencia del sistema: 

Uso del CPU: al ser un recurso caro, el mantener el CPU ocupado el 

mayor tiempo posible es el objetivo del SO. 

Rendimiento (throughput): el trabajo neto que efectúa el CPU puede 

estimarse como la cantidad de procesos por unidad de tiempo que el CPU 

es capaz de terminar. 

Tiempo de finalización por proceso: desde el punto de vista de usuario o 

proceso individual, el tiempo que dure un proceso en finalizar. 

Tiempo de espera: una métrica de calendarización es cuanto tiempo 

debe esperar un proceso antes de ser atendido por el CPU. 


Tiempo de respuesta: desde el primer momento en que un trabajo es 

iniciado en el procesador, el tiempo que toma en iniciar. 


65

FCFS: First Come, First Served 

• FCFS se basa en colas FIFO, donde quien llega primero es atendido. 

• Este algoritmo es sencillo, y no requiere ningún tipo de prioridad mas que 

el tiempo de llegada. 

• El tiempo de dispatch es corto, pero los resultados son de baja eficiencia. 

• Efecto convoy: procesos pesados arrastran consigo el tiempo de espera de 

procesos que tardan menos tiempo, incrementando el tiempo de espera 

promedio de todos los procesos. 



66

Ejemplo de FCFS 

Proceso 

Tiempo de ejecución - Burst time (ms) 

P1 24 

P2 10 

P3 3 

• Si los procesos llegan en el orden P1, P2 y P3, se tiene el siguiente 

diagrama de Gantt: 

P1 P2 P3 

0 24 34 37 

• El tiempo de espera de P1 es 0ms, el de P2 es de 24ms y el de P3 es de 

34ms. Así el tiempo promedio de espera es (0 + 24 + 34)/3 = 19.33ms. 

• Si los procesos llegan en el orden P3, P2 y P1 el tiempo promedio de 

espera es (0 + 3 + 13)/3 = 5.33ms. 


P3 

P2 

P1 

0 3 13 37 


67

SJF: Shortest Job First 

• Una forma intuitiva de calendarizar procesos es dar prioridad a aquellos 

con una menor duración, dado que tenderán a terminar primero. 

• El calendarizador ordena los eventos por medio de estructuras de datos 

dinámicas que permiten calcular el siguiente proceso en la cola (usualmente 

un heap). 

• Presenta el menor tiempo de espera siempre y cuando sea posible 

implementar de forma eficiente el ordenamiento de procesos. 

• Requiere el calculo de una estimación del siguiente quantum, no 

necesariamente exacto. 



68

Ejemplo de SJF 

Proceso 


P1 24 

P2 10 

P3 3 

• El orden de los procesos P1, P2 y P3, y se tiene el siguiente diagrama de 

Gantt: 

P3 

P2 

0 3 13 37 

• Entonces el tiempo promedio de espera es (0 + 3 + 13)/3 = 5.33ms. 

P1 



69

Calendarización por prioridad 

• En algunos casos, los procesos pueden tener mayor prioridad que otros en 

el funcionamiento del sistema. 

• Procesos de control de disco presentan mayor prioridad que procesos de 

control de despliegue grafico (siempre y cuando no sea un caso de 

visualización en tiempo real). 

• Un calendarizador por prioridad asigna un valor que indica cual proceso 

debe tener primero el CPU. 



70

Calendarización por prioridad 

• Considere el siguiente caso: 

Se tiene un proceso X de baja prioridad y m procesos de mayor prioridad. 

Si siempre entran procesos de mayor prioridad que la de X, X nunca entrara 

en estado de ejecución a pesar de estar en estado Listo. Esto se conoce 

como starvation o inanicion. 

En un sistema de colas multinivel como el caso de Linux, la prioridad 

representa la cola en la cual se debe colocar el proceso, lo cual determina el 

tiempo que se cede el procesador. 



71

Ejemplo de calendarización por prioridad 

Proceso 

Tiempo de ejecución - 

Burst time (ms) 

Prioridad 

P1 24 3 

P2 10 1 

P3 3 2 

• El orden de los procesos P2, P3 y P1, y se tiene el siguiente diagrama de 

Gantt: 

P2 

P3 

0 10 13 37 


P1 



72

Round Robin 

• Un modelo de calendarización es dar a cada proceso la misma cantidad de 

tiempo de CPU. 

• Los procesos se colocan en una cola circular, en donde el quantum es 

idéntico. 

• Una de las ventajas de este enfoque es la asignación equitativa del 

procesador que conlleva a terminar tareas cortas rápidamente y al avance 

de tareas largas durante el mismo periodo. 

• El tiempo de espera es largo no obstante cuando los procesos toman 

tiempos mucho mayores que el quantum 



73

Ejemplo de Round Robin 

Proceso 


P1 24 

P2 10 

P3 3 

• El orden de los procesos P2, P1 y P3, con un quantum de 5ms y se tiene el 

siguiente diagrama de Gantt: 

P2 P3 P1 P2 P1 P1 P1 P1 

0 5 8 13 18 23 28 33 37 




74

Sistemas de colas multinivel 

• En sistemas computacionales modernos, generalmente el scheduling se 

compone de un sistema de colas para diferentes procesos y prioridades, 

donde cada cola presenta un valor distinto de prioridad y asignación de 

tiempo (i.e. el valor de nice en el calendarizador de Linux). 

Colas round robin: procesos críticos de sistema y servicios. 

Colas SJF: procesos por llamadas a programas. 

Colas de prioridad: llamadas a programas de usuario y manejo de 

interactividad. 

Colas FCFS: manejo de operaciones de escritura secuencial y respaldo. 



75

Sistemas de colas multinivel 

Procesos del sistema 

Procesos interactivos 

Procesos interactivos de edición 

Procesos de consola 


Procesos de usuario 


76

Evaluación de la calendarización 

• Existen varias formas para evaluar modelos de calendarización: 

Los modelos determinísticos suponen una carga determinada del sistema 

y efectúan análisis matemático del tiempo promedio de espera del proceso. 

Otra forma de efectuar el análisis es por medio de teoría de colas 

(investigación de operaciones) donde se estima probabilísticamente el 

tamaño del proceso y de esta forma, la distribución de probabilidad de la 

atención de procesos en el CPU. 

Finalmente, una de las formas mas comunes es construir un simulador 

(instancia en software del modelo de calendarización) y generar un diseño 

de experimentos que permita efectuar pruebas estadísticas sobre. 



77

6. SINCRONIZACIÓN DE PROCESOS

• Cuando dos o mas procesos en un sistema operativo comparten recursos, 

es necesario identificar en que puntos convergen. 

• Por ejemplo, suponga un buffer común que varios procesos escriben y 

leen de forma asincrónica. 

• ¿Que ocurre cuando dos procesos intentan incrementar el valor que indica 

el final del arreglo?. 

• ¿Cual valor es el correcto para los procesos que leen?. 

SINCRONIZACIÓN DE PROCESOS 


79

Race conditions 

• Una race condition es una situación donde el flujo de ejecución presenta 

resultados incorrectos, a pesar de que la ejecución sigue un curso normal. 

• Las race conditions ocurren debido a la existencia de trozos de código que 

se ejecutan en paralelo compartiendo variables, y trozos de código que se 

ejecutan concurrentemente entre procesos. 

• Las secciones de código que comparten variables entre procesos se llaman 

secciones criticas. 


• El problema de sincronización en sistemas operativos corresponde a 

encontrar un protocolo para el acceso a secciones criticas de tal forma que 

los procesos puedan cooperar. 


80

Ejemplo de race condition 

A = 1; 

B = 1; 

C = A++ + B; 

P1: A = 1 

P2: A = 1 

P2: B = 1 

P1: B = 1 

P1: A++ = 2 

P2: A++ = 3 

P1: C = B + A++ = 3 

P2: C = B + A++ = 4 


Valor final de la variable: C = 4 

Valor real para cualquier proceso sin race conditions: 

C = 3 !!! 


81

El problema de la región crítica 

• En el problema de la región critica no es valido suponer ningún tipo de 

relación temporal cronológica entre procesos, ni de la rapidez relativa entre 

ellos pues no es un problema determinístico. 

• Toda solución al problema de la región critica debe cumplir con al menos 

tres requerimientos: 

Exclusión mutua: solo un proceso ejecuta una región critica a la vez. 


Progreso: solamente los procesos que no han ejecutado su región critica 

pueden solicitar acceso a esta y el acceso se les garantiza en tiempo finito. 

Espera acotada: una vez que un proceso ha solicitado entrada a la región 

critica, existe un limite en la espera con respecto a las veces en que otros 

procesos acceden a la región critica después de la petición. 


82

Locks 

• Los bloqueos (locks) son soluciones de hardware que buscan garantizar 

acceso atómico por proceso. 

• La función test_and_set(var) garantiza a nivel de hardware que las 

operaciones que se ejecuten son atómicas, y no pueden ser interrumpidas 

en su ejecución. 

• Este enfoque es difícil de implementar en programas de aplicación desde 

el punto de vista del desarrollador de aplicaciones, y requiere soporte de la 

arquitectura para este tipo de operaciones. 


• El uso indiscriminado de funciones atómicas incrementa el tiempo de CPU 

ocioso (idle) por posibles condiciones de espera y dependencias entre 

procesos. 


83

Semáforos 

• Una solución de software es el uso de semáforos para sincronización. 

• Un semáforo es una variable entera que solamente puede accederse 

mediante dos funciones atómicas, wait() y signal(). 

• Los semáforos que tienen valores enteros mayores a 1 se utilizan para 

indicar cuantas instancias de un recurso determinado han sido adquiridas 

por los procesos. 


• Los semáforos cuyos valores son mutuamente excluyentes se denominan 

mutex(), ya que excluyen a los procesos entre si del acceso a la región 

critica. 

• Debe tenerse cuidado de no utilizar busy waiting para utilizar o 

implementar semáforos. 


84

Bloqueos mutuos 

• La sincronización de procesos es un problema no trivial en computación 

debido a tres factores esenciales. 

• El no determinismo en la interacción entre procesos. 

• La interacción entre mecanismos distintos de acceso simultaneo a datos. 

• La especificación de reglas de interacción o exclusión son locales a cada 

proceso, y no hay un mecanismo global que los controle. 



85


• Un bloqueo mutuo o deadlock es una situación del sistema operativo 

donde un conjunto de procesos espera infinitamente la continuación de 

otros procesos en el conjunto. 

• Los procesos pueden verse como actores, y el hardware puede verse como 

recursos del sistema. 

• Los procesos siguen un protocolo de solicitar un recurso. 



86




87




88

Condiciones de un deadlock 

• Existen cuatro condiciones necesarias para que ocurra un deadlock: 

• Exclusión mutua: al menos un recurso no puede ser compartido por dos 

procesos simultáneamente. 

• Retener y esperar: un proceso debe retener al menos un recurso y al 

mismo tiempo esperar por que otro este disponible. 

• No preempcion: ningún recurso se libera voluntariamente por 

requerimiento de otro proceso. 


• Espera circular: los procesos forman una cadena cerrada de dependencia 

entre sí. 


89

Manejo de deadlocks 

• Existen cuatro aproximaciones al manejo de deadlocks: 

Prevenir el deadlock: definir un conjunto de reglas que los procesos 

deben seguir para garantizar que no ocurrirá un deadlock. Este enfoque es 

costoso para el OS. 

Evitar el deadlock: definir estados seguros donde el sistema garantiza 

que nunca entrara en deadlock. Requiere información hacia adelante sobre 

las peticiones de recursos. 


Detectar el deadlock: identificar cuando el sistema ha entrado en 

deadlock y tomar una acción para liberar un recurso (matar un proceso, 

forzar preempcion de un recurso). 

No hacer nada: generalmente el OS supone que el programador de 

aplicaciones se encargara de manejar los posibles casos de deadlock. 


90

7. MANEJO DE MEMORIA

• La memoria en los sistemas computacionales puede verse como un arreglo 

de bytes de gran tamaño que pueden contener instrucciones o datos. 

• Algunas instrucciones hacen referencia a posiciones de memoria a través 

de sus operandos. 

• Estas operaciones pueden ser de acceso directo (almacenar a una posición 

de memoria especificada por el valor del operando) o indirecta (almacenar 

o acceder un dato cuya dirección de memoria esta dada por el contenido de 

otra dirección de memoria). 

MANEJO DE MEMORIA 

• La unidad de memoria se encarga de proveer direcciones de forma segura 

y consistente a través del OS. 


92

Hardware y memoria 

• El nivel de memoria mas cercana al procesador son los registros, de acceso 

inmediato para todos efectos. 

• La memoria principal debe accederse por medio de transacciones del bus 

de memoria lo que toma mas de un ciclo de reloj. 


• Transacción: una operación que se considera atómica (i.e. indivisible). 

• Debido a la latencia entre los registros y la memoria, se diseñaron 

memorias cache que almacenan datos frecuentemente utilizados y verifican 

si la dirección de memoria referenciada ha sido ya almacenada en el cache. 


93

Protección de acceso a memoria 

• Debido al requerimiento de seguridad de un OS, el acceso a memoria no 

debe ser irrestricto. 

• En particular, ningún proceso debe tener acceso al mismo espacio en 

memoria que cualquier otro proceso. 


• El registro base y el registro limite se encargan de definir el segmento de 

memoria a la que los procesos en espacio de usuario tienen acceso. 

• Segmentation fault: intento de violación de las reglas de acceso a memoria 

de otro proceso o del kernel, activando una interrupción de error (trap). 

• El kernel tiene acceso irrestricto a la memoria del sistema, debido a que 

este debe administrarla. 


94

La unidad de manejo de memoria (MMU) 

• La unidad de manejo de memoria (MMU: memory management unit) es la 

que se encarga de traducir las direcciones de memoria generadas desde el 

CPU a direcciones en memoria real. 

• La MMU recibe direcciones lógicas o virtuales, denominadas de esta forma 

debido a que para un proceso especifico corresponden a la dirección 

suponiendo inicio en 0x00000000 para su segmento específico. 


• La MMU produce peticiones al bus de memoria en términos de 

direcciones físicas o reales. 

• La MMU es una pieza de hardware en el procesador, debido a que ningún 

mecanismo de software puede asegurar totalmente la seguridad en el 

acceso a memoria. 


95

Binding de direcciones de memoria 

• Los programas al ser cargados en memoria requieren tener 

direccionamiento absoluto en memoria de posiciones relativas (i.e. 

variables y estructuras de datos (binding): 

• El binding puede ocurrir en tres momentos distintos: 


Tiempo de compilación: se conoce de antemano el segmento de 

memoria que albergara al programa. 

Tiempo de carga: las variables después de la compilación poseen 

direcciones simbólicas a las cuales el cargador de programas del OS asigna 

una dirección cuando el programa es cargado en memoria. 

Tiempo de ejecución: un proceso debe ser transportado de un segmento 

de memoria a otro, o solicita la carga de un trozo de datos e instrucciones a 

memoria. 


96

Swapping de memoria 

• En diferentes situaciones de calendarización, en el momento en que un 

proceso cede a otro el CPU este debe almacenar su estado. 

• Existen ocasiones en donde el estado de un programa es suficientemente 

grande para requerir ser almacenado en algún medio persistente. 


• Durante el cambio de contexto entre procesos, el calendarizador elige el 

siguiente proceso y mientras el dispatcher se encarga de entregar el 

procesador al nuevo proceso, ocurre el almacenamiento del proceso 

anterior. 

• Un ejemplo directo de espacio de swapping (intercambio) son las 

particiones de tipo Swap en Linux. 


97

Reserva dinámica de memoria 

• Los procesos en muchas ocasiones requieren reservar memoria de manera 

dinámica (malloc()). 

• Para poder satisfacer de forma apropiada los requerimientos de memoria 

de los programas, esta se parte en bloques de tamaño fijo que se administra 

a través de un mapa de memoria. 


• El problema de reserva de memoria equivale a encontrar un trozo de 

memoria suficientemente grande para albergar la petición. 

• Este problema es un problema conocido en investigación de operaciones 

como un problema de optimización lineal entera, cuya solución exacta es 

intratable. 


98

Metodologías para reservar memoria 

• Existen tres estrategias para intentar reservar memoria: 

Primer ajuste: encuentre la primer posición de memoria contigua 

suficientemente grande para satisfacer la petición. 

Mejor ajuste: encuentre el trozo de memoria mas pequeño que puede 

satisfacer la petición, deja remanentes de memoria sin usar (hoyos). 


Peor ajuste: encuentre el trozo de memoria mas grande que pueda ser 

utilizado, los hoyos de este ajuste pueden ser utilizados por peticiones mas 

pequeñas. 


99

Fragmentación 

• Cuando la memoria se reserva continuamente y se libera, trozos de 

memoria de diferentes tamaños quedan utilizados o disponibles. 

• No necesariamente la asignación de memoria es óptima, y pueden quedar 

espacios inutilizables. 


Fragmentación externa: ocurre cuando en total existe espacio disponible 

en la memoria, pero peticiones individuales no encuentran espacio contiguo 

de tamaño suficiente. 

Fragmentación interna: ocurre cuando las peticiones de memoria son 

pequeñas y no requieren un bloque completo, dejando espacio libre. 

• Es posible tener un caso donde la memoria este utilizada al 50% de forma 

real, pero sea inutilizable por alta fragmentación. 


100

Paginación 

• El requerir memoria contigua es una limitante debido a la fragmentación. 

• La paginación (dividir la memoria en trozos de mismo tamaño 

denominados paginas) permite reservar memoria de forma discontigua. 

• Las direcciones manejadas por el MMU dependen de dos partes: el 

numero de pagina en donde están los datos y el offset dentro de la pagina. 


• Las paginas se administran a través de una tabla de paginas que indica 

cuales paginas están en uso y como se efectúa la traducción de las 

direcciones lógicas paginadas en direcciones físicas. 

• Cuando el CPU genera una dirección de memoria, el hardware se encarga 

de particionarla en el numero de pagina y el offset. 


101

TLB 

• Dentro del MMU, se mantiene un registro base para la tabla de paginas, 

que permite modificación rápida de la tabla de paginas o su reemplazo 

completo en sistemas con memoria considerable. 

• Existe hardware especial que funciona como memoria cache para la 

traducción de direcciones lógicas de paginas a direcciones físicas, 

denominado TLB (translation look-ahead buffer). 


• El TLB es una memoria asociativa que mantiene información sobre paginas 

recientemente utilizadas. 

• Si una pagina esta en el TLB se considera un page hit, de lo contrario es un 

page miss. 

• El TLB es eficiente si el page miss es bajo. 


102

Segmentación 

• La segmentación es un esquema de manejo de memoria que se aproxima 

a la visión del desarrollador de sus programas. 

• Cada segmento maneja su propio trozo de memoria, y debe las direcciones 

deben ser especificadas de forma explicita (generalmente se efectúa 

automáticamente por el compilador). 


• Los segmentos corresponden a las secciones que componen un ejecutable: 

.data, .text, .stack, .heap. 


103

8. SISTEMAS DE ARCHIVOS

• Para la mayoría de usuarios el sistema de archivos es la parte más visible 

de un sistema operativo. 

• Provee un mecanismo para almacenar tanto datos como programas. 

• El sistema de archivos está compuesto de dos partes: los archivos que 

almacenan datos relacionados, y la estructura del directorio que organiza y 

provee información acerca de los archivos en el sistema. 

SISTEMAS DE ARCHIVOS 

• El estudio de los sistemas de archivos se divide en su interface y su 

implementación. 


105

Interface de los sistemas de archivos 

Concepto de archivo. 

Métodos de acceso. 

Estructura del directorio. 


Montaje de un sistema de archivos. 

Protección. 


106

Concepto de archivo 

• Las computadoras almacenan la información y en varios tipos de medios 

de almacenamiento por lo cual es conveniente una vía uniforme de 

representar dicha información. 

• Un archivo se puede definir como un conjunto de información relacionada 

que se graba en un dispositivo de almacenamiento secundario. 


• El tipo de información almacenada en un archivo es definido por su 

creador, y va desde programas, imágenes, texto, archivos objeto, entre 

otros. En general, pueden ser datos o programas. 


107

Estructura de un archivo 

• Dependiendo del tipo de archivo así este tendrá una determinada 

estructura: 

Archivo de texto: es una serie de caracteres organizados en líneas. 

Archivo fuente: es un conjunto de subrutinas que contienen sentencias 

ejecutables. 


Archivo objeto: es un conjunto de bloques de bytes que son 

interpretados por el enlazador. 

Archivo ejecutable: es un conjunto de secciones de código que un 

cargador puede llevar a la memoria principal y ejecutarlo. 


108

Atributos de un archivo 

• Los atributos le confieren una identidad a los archivos, y los más 

importantes son: 

Nombre: es un nombre entendido por el ser humano. 

Identificador:es una etiqueta única dentro del sistema. 

Tipo: Los sistemas de archivos lo necesitan para organizar los archivos. 

Localización: Ubicación dentro del dispositivo de almacenamiento. 

Tamaño: Cantidad de bytes del archivo. 

Protección: Permisos de escritura, lectura y ejecución. 

Fecha, hora y usuario: Información sobre creación y modificación. 



109

Operaciones sobre los archivos 

• Para definir un archivo apropiadamente se deben definir operaciones 

sobre el mismo. Es el SO el encargado de realizar dichas operaciones a 

través de llamadas al sistema. Para efectos de realizar éstas operaciones el 

SO hace uso de los atributos del archivo. 

• Las operaciones comunes son: 

Creación de un archivo. 

Escritura del archivo. 

Lectura del archivo. 

Cambio de ubicación del archivo. 

Borrado del archivo. 

Truncado del archivo. 

Renombrar el archivo. 

Copiar el archivo. 



110

Tipos de archivos 

• Un SO debe reconocer y soportar ciertos tipos de archivos para poder 

operar sobre ellos. 

• La técnica más común para expresar los tipos de archivos es con 

extensiones, que usualmente se separa del nombre con un punto. 

Tipo de Archivo Extensión Función 

Ejecutable exe, com, bin o ninguno Código a ser ejecutado 


Objeto obj, o Compiado, no enlazado 

Código Fuente c, cc, java, asm Código fuente de varios 

lenguajes 

Texto txt, doc Documentos de texto 

Bibliotecas Lib, a, so, dll Bibliotecas de rutinas 

para aplicaciones 

Compresión zip, tar Conjunto de archivos 

almacenados en conjunto 

usualmente comprimidos 

Multimedia mpeg, mov, mp3, avi Archivo binario con A/V 


111

Métodos de acceso 

• Cuando se requiere la lectura de los datos almacenados en un archivo el 

SO debe recurrir a determinados métodos de acceso a los archivos para 

efectuar dicha tarea. 

• Existen dos tipos de acceso: 

1. Secuencial. 

2. Directo. 



112

Acceso secuencial 

• Es el tipo de acceso más simple. La información es procesada en orden un 

bloque después del otro. 

• Un puntero mantiene la posición actual en el archivo. 

• Las operaciones son: 

1. Leer siguiente. 

2. Escribir siguiente. 


Principio 

Posición actual 

Final 

Regresar 

Leer / Escribir 


113

Acceso directo 

• El acceso directo o relativo se basa en que los archivos son creados con 

base en bloques de tamaño fijo, lo que permite leer y escribir los archivos 

sin ningún orden en particular. Por ejemplo se podría leer el bloque 21, 

luego el 54 y finalmente el 4. 

• Las operaciones son: 

1. Leer n. 

2. Escribir n. 


• O en combinación con el acceso secuencial 

1. Posición n. 

2. Leer / Escribir siguiente. 


114

Estructura de un directorio 

• Es una colección de nodos que contienen información acerca de los 

archivos. 

• Tanto la estructura del directorio como los archivos residen en el 

dispositivo de almacenamiento masivo. 


A1 

A2 

A3 

A4 


115

Operaciones en un directorio 

• Un directorio puede ser visto como una tabla de símbolos que traduce el 

nombre de los archivos en entradas del directorio. 

• Basado en ésta tabla se pueden realizar las siguientes operaciones en un 

directorio: 

Buscar un archivo. 

Crear un archivo. 

Borrar un archivo. 

Listar el contenido de un directorio. 

Renombrar archivos. 



116

Organización de un sistema de archivos 

• Un dispositivo de almacenamiento masivo puede ser usado por completo 

para almacenar un sistema de archivos. Además, en algunos casos es 

deseable tener más de un sistema de archivos. 

Directorio 

Directorio 


Partición A 

Archivos 

Disco 1 

Disco 2 

Directorio 

Partición C 

Archivos 

Partición B 

Archivos 

Disco 3 


117

Directorios de un solo nivel 

• Es el esquema más simple de directorios. Todos los archivos están en el 

mismo directorio por lo cual es fácil de soportar y entender. 

• Éste esquema tiene fuertes limitaciones cuando el sistema crece en 

cantidad de archivos y de usuarios. Además debido a que todos los archivos 

están en el mismo directorio no puede haber nombres duplicados. 


Directorios 

A B C D E F G H 

Archivos 


118

Directorios de dos niveles 

• En éste esquema cada usuario tiene su directorio. 

• Puede haber archivos con el mismo nombre en diferentes usuarios. Todas 

las operaciones se realizan únicamente sobre el directorio del usuario 

actual. 

• La ruta (path) de cada archivo está definido por el nombre del usuario y el 

del archivo. 


Usuario 1 Usuario 2 Usuario 3 

A B C A B A B C 


119

Directorios estructurados en árbol 

• Es una generalización de la estructura de dos niveles. Los usuarios pueden 

crear sus propios subdirectorios. Los directorios o subdirectorios contiene 

un conjunto de archivos y subdirectorios. 

• Se maneja el concepto de directorio actual sobre el cual se va a trabajar. 

Se manejan dos tipos de rutas: absolutas, las cuales están dadas desde la 

raíz del sistema de archivos y relativas, las cuales están dadas desde el 

directorio actual. 


Usuario 1 Usuario 2 Usuario 3 

A B C A B A B C 

A B A B 


120

Montaje del sistema de archivos 

• Así como un archivo debe ser abierto antes de utilizado un sistema de 

archivos debe ser “montado” antes de ser empleado por el sistema 

operativo. 

• El procedimiento de montaje es directo: 

1. Al SO se le es dado el nombre del dispositivo y el punto de montaje (es 

la ubicación donde el sistema de archivos será montado. En sistemas 

UNIX típicamente el punto de montaje de la raíz del sistema de archivos 

es /). 

2. El SO verifica si es sistema de archivos es válido. 

3. Finalmente el SO obtiene el acceso a los directorios. 

INTERFAZ DE LOS SISTEMAS DE ARCHIVOS 


121

Montaje del sistema de archivos 

/ 

Prácticas 

home 

maguilar 

Proyectos 

home 

maguilar 


Prácticas 

Proyectos 

a) Sistema de archivos montado b) Sistema de archivos montado 


122

Protección 

• Cuando se almacena información en un sistema de archivos se desea que 

dicha información esté protegida de daños físicos (confiabilidad) y accesos 

inapropiados (protección). 

• El creador y/o propietario del archivo es el encargado de que puede ser 

hecho con el archivo y por quién. 


• Los sistemas de archivos proveen un mecanismo para manejar la 

seguridad de los archivos. 


123

Tipos de acceso 

• La necesidad de proteger los archivos es un resultado directo de la 

habilidad de acceso a ellos. EL SO puede controlar la seguridad de los 

archivos limitando el tipo acceso a ellos. 

• Los tipos de acceso a los archivos son: 

Lectura. 

Escritura. 

Ejecución. 

Agregar nueva información. 

Borrado. 

Listado de atributos del archivo. 



124

Control de acceso 

• El enfoque más común para la protección de archivos es hacer el acceso a 

ellos dependiente de la identidad del usuario. 

• El esquema más general para implementar el acceso dependiente de la 

identidad es asociar con cada archivo y directorio una lista de control de 

acceso (access-control list ACL) especificando el nombre del usuario y el tipo 

de acceso permitido para cada usuario. 



125

Listas de acceso 

• En general existen tres tipos de clasificaciones de usuarios en conexión 

con un archivo: 

Propietario: el usuario que creó el archivo. 

Grupo: Un conjunto de usuarios que comparten un archivo y necesitan el 

mismo tipo de acceso. 

Universo: Todos los usuarios del sistema. 

• Los tres modos de acceso principales son: escritura, lectura y ejecución. 

R W X 

1. Acceso del propietario 7 1 1 1 

2. Acceso del grupo 6 1 1 0 

3. Acceso del universo 1 0 0 1 


$ chmod 761 


126

Listas de control de acceso en windows 



127

Lista de control de acceso en UNIX 



128

Implementación de los sistemas de archivos 

Estructura del Sistema de Archivos. 

Implementación del Sistema de Archivos. 

Implementación de los Directorios. 



129

Estructura del sistema de archivos 

El sistema de archivos está compuesto de diferentes niveles: 

Aplicación 

Sistema de Archivos 

Lógico 


Módulo de Organización 

de Archivos 


Básico 

Control de E/S 

Dispositivo 


130

Estructura del sistema de archivos 

Controladores de dispositivo (E/S): Es el nivel más bajo del sistema de 

archivos y su función es transferir información entre la memoria principal y 

el dispositivo de almacenamiento. 

Sistema de archivo básico: Le envía comandos genéricos al controlador 

(driver) apropiado para leer y escribir los bloques de memoria en el disco. 


Módulo de organización de archivos: Sabe de los archivos y sus bloques 

lógicos y físicos. Realiza una traducción entre los bloques lógicos y físicos 

para el sistema de archivos básico y así llevar a cabo una transferencia. 

Sistema de archivos lógico: Maneja la meta-información mediante los 

bloques de control de archivos (file-control block - FCB). Ésta información 

incluye: permisos del archivo, fechas de creación y modificación del archivo, 

propietario y grupo del archivo tamaño del archivo, etc. 


131

Implementación de los sistemas de archivos 

• Existen varias estructuradas tanto en disco como en memoria empleadas 

por los sistemas operativos para implementar el sistema de archivos. 

• La datos en disco contienen información sobre como bootear el sistema 

operativo que se encuentra en el disco, número de bloques totales, número 

y ubicación de los bloques libres, estructura de los directorios y archivos 

individuales. 


• La información en memoria es utilizada tanto para manejo del sistema de 

archivos, como para mejoramiento del rendimiento. Ésta información es 

cargada en tiempo de montaje y descartada en el desmontaje. 


132

Abrir y leer archivos 

Abrir un archivo 

Espacio usuario 

open(archivo) 

Memoria del kernel 

Estructura del directorio 

Dispositivo de 

almacenamiento 

FCB 


Leer un archivo 

Espacio usuario 

Memoria del kernel 

Dispositivo de 

almacenamiento 

Bloques de datos 

read(indice) 

Tabla de 

archivos 

abiertos por 

proceso 

Tabla de 

archivos 

abiertos del 

sistema 

FCB 


133

Sistemas de Archivos Virtuales (Virtual File Systems - VFS) 

• Los sistemas de archivos virtuales le proveen una forma orientada a 

objetos de implementar los sistemas de archivos. 

• Los VFS le proveen al sistema de operativo una interface (API) común para 

ser utilizada por diferentes sistemas de archivos. 

• La API que usa el SO entonces se refiere al VFS en vez del sistema de 

archivos en particular. 

Interfaz del sistema 

de archivos 


Interfaz VFS 

Sistema de archivos 

local, tipo 1 


local, tipo 2 


de red, tipo3 

Disco Disco Red 


134

Implementación de directorios 

• La selección de los algoritmos para reservar y manejar directorios afectan 

directamente el rendimiento de un sistema de archivos. 

Lista lineal: Es la forma más simple en donde una lista lineal contiene el 

nombre de los archivos con punteros a los bloques de datos. Es fácil de 

programa pero consume mucho tiempo. 


Tabla hash: es una estructura de datos que asocia llaves o claves con 

valores. En ésta caso se usa listas lineales en combinación con una 

estructura hash. La búsqueda en las mismas es más rápida pero se pueden 

presentar colisiones. 


135

Tablas hash 

• La operación principal que soporta de manera eficiente es la búsqueda: 

permite el acceso a los elementos almacenados a partir de una clave 

generada. 

• Funciona transformando la clave con una función hash en un hash, un 

número que la tabla hash utiliza para localizar el valor deseado. 


• Una colisión se presenta cuando más de un hash apunta al mismo índice. 

Llaves 

Llave 1 

Llave 2 

Llave 3 

Índices 

1 

… 

573 

… 

987 

Pares llave-valor (registros) 

Llave 1 Valor 1 




136

Métodos de asignación de bloques de memoria 

• Un método de reservación de memoria se refiere a cómo los bloques de 

memoria son reservados para los archivos. Los principales métodos son: 

1. Asignación contigua. 

2. Asignación enlazada. 


3. Asignación indexada. 


137

Asignación contigua 

• Cada archivo ocupa un conjunto contiguo de bloques de memoria. 

• Es simple, solo se necesita el número del bloque de inicio y el tamaño en 

cantidad de bloques. 

• Acceso aleatorio. 


• Desperdicia espacio. 

• Los archivos no pueden crecer. 


138

Ejemplo de asignación contigua 

1 2 3 4 5 

6 7 8 9 10 

Archivo Inicio Tamaño 

A 0 2 

B 7 3 

C 17 4 


11 12 13 14 15 

16 17 18 19 20 


139

Asignación enlazada 

• Cada archivo es una lista enlazada de los bloques del disco: 

Bloque -> Puntero 



140



1 2 3 4 5 

6 7 8 9 10 

Archivo Inicio Final 

A 4 15 

11 12 13 14 15 

16 17 18 19 20 


141

Tabla de asignación de archivos (File Allocation Table - FAT) 

Nombre Inicio 

Archivo 217 

618 

0 

217 


339 

339 

618 


142

Asignación indexada 

• Brinda todos los punteros juntos en un solo bloque llamado, bloque de 

indexación. 

Puntero 

Puntero 

Puntero 

Puntero 


Tabla de Indexación 


143



1 2 3 4 5 

6 7 8 9 10 

Archivo 

Bloque índice 

A 15 

11 12 13 14 15 

16 17 18 19 20 


144

Ejemplos de sistemas de archivos empleados en sistemas empotrados 


ROMFS 

CRAMFS 

JFFS / JFFS2 

YAFFS 

Ramdisk 

NFS 

Descripción 

Es un sistema de archivos de solo lectura que se 

implementa en memorias flash. Es de solo lectura. 

Es una versión compresa del ROMFS 

Es un sistema de archivos basado en registros de las 

modificaciones que se realiza en los sistemas de 

archivos. Se implementa en Flash y es de 

escritura/lectura. 

Es similar a JFFS/JFFS2 pero presenta un mejor 

rendimiento. 

Es un sistema de archivos que se ejecuta por completo 

en la memoria principal, por tal motivo es volátil. 

Es un sistema de archivos que se monta a través de la 

red. En sistemas empotrados es ampliamente usado en 

la etapa de desarrollo. 



145

9. SISTEMAS DE E/S Y CONTROLADORES DE DISPOSITIVOS

Sistemas de entrada / salida 

• Los trabajos principales de una computadora son el manejo de E/S y el 

procesamiento. 

• El control de dispositivos es la preocupación más importante de los 

diseñadores de SO, debido a la amplia variedad de dispositivos en cuanto a 

función y velocidad. 

• Para controlar dichos dispositivos se requieren una amplia variedad de 

métodos. Éstos métodos conforman el subsistema de E/S del kernel. 

• El kernel utiliza los controladores de dispositivos para ofrecen una vía 

estándar de acceso al sistema de E/S, así como los systems calls ofrecen una 

interfaz estándar entre la aplicación y el SO. 

SISTEMAS DE E/S Y CONTROLADORES DE DISPOSITIVOS 


147

Hardware de E/S 

• Existe una gran variedad de dispositivos de E/S, los cuales se clasifican 

según su función: dispositivos de almacenamiento, de transmisión, de 

adquisición de datos, de interfaz humana, etc. 

• El dispositivo se comunica con la computadora a través de un punto de 

conexión ya sea un cable o por el aire mandando señales. A esto se le llama 

puerto. 

• Si los dispositivos usan un conjunto de cables a esto se le conoce como 

bus. 

• Un controlador es un circuito electrónico que actúa como una interface 

entre un puerto, un bus o un dispositivo y la computadora (Controlador de 

USB, de SCSI). 



148

Comunicación entre el sistema y los dispositivos de E/S 

• ¿Cómo es que el CPU puede enviarle comandos y datos a los dispositivos 

de E/S? 

• La respuesta corta es el controlador tiene registros para control y para 

datos, los cuales son escritos y leídos por el procesador. 

• Una forma es usar instrucciones especiales de E/S directamente para 

comunicarse con los controladores, mediante la especificación de un puerto 

y los datos a escribir o leer. 

• Otra forma es mapeando los registros del controlador en la memoria así el 

CPU puede leer y escribir los mismo directamente como si estuviera 

trabajando con la memoria principal. 



149

Estructura típica de un bus de una computadora 

Monitor 

Controlador 

gráfico 

Controlador 

de disco IDE 

Procesador 

Controlador 

de memoria 

PCI 

Interface de 

bus de 

expansión 

Controlador 

de disco SCSI 

Teclado 

Bus de expansión 


Puerto serial 

Puerto paralelo 


150

OMAP4 



151

Polling 

La interacción completa entre un CPU y el dispositivo puede ser intricada, 

sin embargo, el hadshaking es simple y útil para éste caso. Por ejemplo para 

escribir datos a un dispositivo los pasos son los siguientes: 

1. El CPU repetidamente lee el bit busy hasta que se limpie. 

2. El CPU escribe el comando de escritura en el dispositivo. 

3. El CPU define el bit command-ready. 

4. Cuando el controlador nota el bit command-ready define el bit busy. 

5. El controlador lee el registro de comando y ve el comando de escritura. 

Así lee el dato desde el registro de entrada de datos. 

6. El controlador limpia el bit de command-ready, el bit de error para 

indicar que la transferencia fue exitosa y finalmente limpia el bit busy. 

El paso 1 de esta secuencia es lo que se le conoce como polling. 



152

Interrupciones 

• Los dispositivos interrumpen al CPU mediante una línea de interrupción. 

• Cuando el CPU recibe la interrupción, ésta es procesada por el manejador 

de interrupciones. El manejador de interrupciones es el encargado de 

determinar el origen de la interrupción y darle servicio a la misma. 

• Generalmente las interrupciones responden a eventos asincrónicos. 

• Los CPU modernos cuentan con un controlador de interrupciones que es el 

encargado de manejar las interrupciones, como sus prioridades entre otras 

cosas. 



153

Interrupciones 

• En general los CPU cuentan con dos líneas de interrupción: las 

enmascarables y las no enmascarables. 

• Las enmascarables se usan por el CPU para evitar que ciertos procesos no 

sean interrumpidos, así las interrupciones son retrasadas o ignoradas. 

• Las no enmascarables están reservadas para eventos críticos como errores 

no recuperables de memoria. 

• El mecanismo de interrupciones es utilizado por excepciones. 



154

Atención de interrupciones 

El driver inicializa el 

dispositivo de E/S 

Chequeo continuo de 

interrupciones 

Se una interrupción y cede 

al control al manejador de 

interrupciones 

El manejador da servicio a 

la interrupción y retorna 

Se reanuda la tarea 

interumpida 

Inicializa E/S 

Entrada lista, salida 

completa o un error 

genera una interrupción 



155

Interrupciones vs excepciones 

Interrupción: señal que envía un dispositivo de E/S a la CPU para indicar 

que la operación de la que se estaba ocupando, ya ha terminado. 

Excepción: una situación de error detectada por la CPU mientras 

ejecutaba una instrucción, que requiere tratamiento por parte del SO. 

(Ejemplo división entre cero, segmentation fault, etc). 



156

Acceso Directo a Memoria (DMA) 

• Se usa para evitar el uso de PIO (programmed I/O), en donde el CPU es 

quien realiza las transferencias entre la memoria principal y los dispositivos. 

• El DMA consiste en realizar transferencias de grandes bloques de datos 

entre los dispositivos y la memoria principal del sistema, lo cual mejora 

notablemente el rendimiento del sistema. 



157

Diagrama de bloque de un sistema con DMA 

DMA 

Controlador 

de disco IDE 

CPU 

Caché 

Bus de memoria del CPU 

PCI 

Memoria 

X 



158

Proceso de transferencias usando DMA 

1. Se le indica al driver que debe transferir datos desde el disco a la 

memoria X. 

2. El driver le dice al controlador de disco que debe transferir N bytes 

desde el disco al búfer X en la memoria. 

3. El controlador de disco inicializa el DMA. 

4. El controlador de disco envía cada byte al controlador de DMA. 

5. El controlador de DMA transfiere los bytes al búfer de la dirección X en 

la memoria. 

6. Cuando la transferencia finaliza el DMA genera una interrupción al CPU. 



159

Interface de E/S de las aplicaciones 

• Uno de los objetivos al diseñar SO es proveer una interface estándar a las 

aplicaciones para hacer uso de los dispositivos de E/S. 

• Esto se logra mediante los controladores de dispositivos (device drivers) 

los cuales ocultan las diferencias entre los dispositivos y el kernel. Así el 

kernel puede hacer uso de los dispositivos de una forma estándar. 



160

Dimensiones de los dispositivos 

De flujo o bloque: los de flujo transfieren datos byte por byte, los de 

bloques transfieren un conjunto de bytes en grupos. 

Acceso secuencial o aleatorio: los secuenciales accede los datos en 

orden, los aleatorios puede buscar cualquier dato sin orden alguno. 

Sincrónico y asincrónico: los sincrónicos transfieren datos regularmente y 

los asincrónicos transfieren datos en periodos irregulares. 

Compartido y dedicado: los compartidos pueden ser empleados por más 

un proceso o hilo a la vez, los dedicados no. 

Velocidad del dispositivo: Bytes por segundo transferidos. 

Escritura-lectura, solo escritura y solo lectura: Dirección de flujo de 

datos. 



161

Estructura de E/S del Kernel 

Driver de 

SCSI 

Controlador 

de SCSI 

Driver de 

USB 

Controlador 

de USB 

Kernel 

Subsistema de E/S del Kernel 

Driver de 

Ethernet 

Controlador 

de Ethernet 

Driver del 

teclado 

Controlador 

de teclado 

Driver de la 

pantalla 

Controlador 

de pantalla 

SCSI Hub USB Red Teclado Pantalla … 

… 

… 



162

Dispositivos de bloque y caracter 

• Los dispositivos de bloque como su nombre lo dice son dispositivos 

orientados a las transferencias en bloque (dispositivos de almacenamiento 

masivo). Los comandos que incluyen son read(), write() y seek(). 

• Los dispositivos de caracter realizan transferencias byte por bytes del CPU 

a los dispositivos. Los comandos que incluyen son get() y put(). 



163

E/S bloqueadores y no bloqueadores 

Bloqueadores: el proceso es suspendido hasta que se complete las 

transferencia E/S sea completada. Es fácil de emplear pero insuficiente para 

algunas necesidades. 

No bloqueadores: las llamadas de E/S devuelven tantos datos como estén 

disponibles (Ejemplo el teclado). 

Asincrónica: retorna inmediatamente sin esperar a que se termine la 

transferencia de E/S, así la aplicación continua ejecutándose y en algún 

punto en el futuro la finalización de la transferencia E/S se le es comunicada 

a la aplicación. 



164

Métodos E/S sincrónicos vs asincrónicos 

Usuario 

Kernel 

Proceso 

Espera 

Driver 

Manejador de interrupción 

Hardware 

Transferencia 

Tiempo 

Sincrónico 

Proceso 

Driver 

Manejador de interrupción 

Hardware 

Transferencia 

Tiempo 

Asincrónico 



165

10. SISTEMAS OPERATIVOS EN TIEMPO REAL (RTOS)

• Un sistema en tiempo real requiere no solo los resultados que genere sean 

correctos sino que éstos ser producidos en un periodo de tiempo 

determinado. 

• Algunos sistemas en tiempo se les conoce como críticamente seguros, en 

un cuales un retraso en los tiempos es catastrófico. 

• Sistema hard real time: éste sistema garantiza que las tareas de tiempo 

real serán completadas en el tiempo requerido. 

• Sistema soft real time: es menos restrictivo, simplemente le asigna una 

prioridad más alta a las tareas de tiempo real. 

SISTEMAS OPERATIVOS EN TIEMPO REAL (RTOS) 


167

Características del sistema 

Un único propósito: A diferencia de los sistemas operativos de propósito 

general los de tiempo real ésta diseñados parar un propósito específico. 

Tamaño pequeño: Usualmente los RTOS se ejecutan en ambientes donde 

el espacio fisico es reducido. El footprint se refiere a la cantidad de espacio 

requerido para ejecutar el sistema operativo y sus aplicaciones, usualmente 

los RTOS tienen un footprint pequeño. 

No son costosos en masa: Los RTOS se encuentran en muchos 

dispositivos de electrónica de consumo por lo cual deben ser baratos para 

producción en masa. 

Requerimientos de tiempo específicos: Esta es la característica que 

define a un sistema en tiempo real, tanto sistemas soft real time como hard 

real time. 

Los requerimientos de tiempo en un RTOS se resuelven desde dos 

aspectos: dándole la prioridad más alta a las tareas de tiempo real y 

minimizando el tiempo de respuesta de las interrupciones. 



168

Características de un Kernel de tiempo real 

• La mayoría de sistemas en tiempo real no proveen las características que 

se encuentran en un sistema de propósito general. 

• Las razones son: 

1. Los sistemas de tiempo real son de propósito específico. 

2. Los sistemas de tiempo real usualmente no manejan usuarios. 

3. Los sistemas de propósito general usualmente requieren un hardware 

que normalmente no está disponible en los sistemas de tiempo real. 



169

Memoria virtual en sistemas de tiempo real 

• Existen varias enfoques especiales cuando se trata de la memoria virtual 

en sistemas de tiempo real: 

1. Modo de direccionamiento real: Los programas se general para las su 

direcciones físicas reales. 

2. Modo de registro de relocalización: Las direcciones físicas de cada 

proceso se calculan basado en un registro que le ofrece un offset a las 

direcciones del programa. 

3. Modo de memoria virtual completo: Se usa el MMU. 



170

Memoria virtual en sistemas de tiempo real 

CPU 

L 

Registro de 

relocalización R 

Tabla 

páginas 

P = L 

TLB 

P = L +R 

P 

Memoria Física 

Proceso A 

Proceso B 

… 

Kernel 



171

Implementación de RTOS 

En general los sistemas de tiempo real deben proveer las siguientes 

características: 

1. Preemptivo, la calendarización está basada en prioridades. 

2. Kernels preemptivos. 

3. Latencia debe ser disminuida. 



172

Calendarización basada en prioridades 

• La característica más importante de un sistema en tiempo real es 

responder inmediatamente a procesos tan pronto como los procesos 

requieren el CPU. 

• Como resultado el calendarizador de un RTOS debe soportar un algoritmo 

preemptivo basado en prioridades. 



173

Kernels preemptivos 

• Los kernels no preemptivos deshabilitan la preempción del los procesos 

que corren en modo kernel. Así un proceso se ejecutará hasta que salga del 

modo kernel, sea bloqueado o ceda el CPU voluntariamente. 

• En contraste un kernel preemptivo permite hacer preempción de un 

proceso que corre en modo kernel. Es decir, permite interrumpir los 

procesos del kernel. 



174

Minimizar la latencia 

• La latencia es la cantidad de tiempo que toma darle servicio a un evento 

desde que éste sucede. 

El evento E ocurre 

t0 

Tiempo 

• Hay dos tipos de latencia que afectan el rendimiento de un sistema en 

tiempo real: 

1. Latencia de interrupciones. 

2. Latencia de despacho. 

Latencia 

t1 

El RTOS responde al evento E 



175

Latencia de interrupciones 

• Es el tiempo requerido desde el momento en que se ejecuta una 

interrupción hasta que se le da servicio la misma. 

Tarea T corriendo 

Determinar el tipo 

de interrupción 

Cambio de contexto 

ISR 


Latencia de la interrupción 


176

Latencia de despacho 

• Es la cantidad de tiempo requerido por el calendarizador para terminar un 

proceso y empezar otro. 

Evento 

Proceso disponible 

Procesamiento 

de la 

interrupción 

Conflictos 

Intervalo de respuesta 

Latencia de despacho 

Despacho 

Respuesta al evento 

Ejecución del 

proceso en 

tiempo real 



177

Calendarización en sistemas de tiempo real 

• Los procesos periódicos requieren el uso del CPU en intervalos 

especificados (periodos): 

p es la duración del periodo. 

d el es tiempo en el cual el proceso debe ser servido (deadline). 

t es el tiempo de procesamiento. 

t 

d 

p p p 

t 

d 

t 

d 


Periodo 1 Periodo 2 Periodo 3 

Tiempo 


178

Calendarización de dos procesos ´cuando uno tiene prioridad más alta 

• Se tienen dos procesos P1 y P2, cuyos periodos son 50 y 100 

respectivamente. Y tienen tiempos de procesamiento de 20 y 35 

respectivamente. El deadline de cada proceso establece que éste debe ser 

completado antes del inicio del siguiente periodo. P2 tiene una prioridad 

más alta que P1. 

Deadline P1 P1, P2 

P2 

P1 

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 



179

Calendarización monotónica 

• La prioridad es asignada basada en el inverso del periodo del proceso. 

• Periodos más pequeños significan una prioridad más alta, periodos más 

largos menor prioridad. 

• En el ejemplo P1 tiene una prioridad más alta que P2: 

Deadline P1 P1, P2 

P1 

P2 

P2 

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 

P2 



180

Deadline más temprano primero en ser calendarizado 

• Las prioridades están basadas en los deadlines, el proceso con el deadline 

más temprano tendrá una mayor prioridad. 

• Se tienen dos procesos P1 y P2, cuyos periodos son 50 y 80 

respectivamente. Y tienen tiempos de procesamiento de 25 y 35 

respectivamente. 

Deadline 

P1 P2 P1 P1 P2 

P1 P2 P1 P2 P1 P2 

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 

130 140 150 160 



181

Cormen, T., Leiserson C., Rivest, R. Introduction to Algoritms. The MIT 

Press. 

Silberschatz, Avi. Operating System Concepts. 

Seventh Edition. 2004. 

BIBLIOGRAFÍA 


182

Sistema operativo

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