Antología digital multimedia; Núcleo del sistema operativo

NUCLEO Antología digital multimedia

Introdución

El núcleo del sistema operativo es una de las partes más esenciales y complejas de un sistema informático. Su principal función es gestionar los recursos del sistema y permitir la interacción efectiva entre el hardware y el software Esta antología digital multimedia está diseñada para ofrecer una comprensión profunda y detallada del núcleo del sistema operativo, cubriendo aspectos fundamentales como su definición, los estados y transiciones de los procesos, el bloque de control de procesos, el procesamiento de interrupciones y la concurrencia de procesos. A través de esta recopilación, se pretende proporcionar una visión integral y actualizada sobre estos temas clave en el campo de los sistemas operativos

DE NÚCLEO DEL SISTEMA OPERATIVO

El núcleo del sistema operativo, también conocido como kernel, es el componente central de un sistema operativo. Es responsable de gestionar las operaciones básicas del sistema, tales como la gestión de la memoria, la gestión de procesos, la gestión de dispositivos y la gestión de archivos. El núcleo actúa como un intermediario entre el hardware y las aplicaciones, asegurando que los recursos del sistema sean utilizados de manera eficiente y segura

Funciones del Núcleo

El núcleo realiza diversas funciones esenciales:

Gestión de Procesos: Creación, planificación y terminación de procesos

Gestión de Memoria: Asignación y liberación de memoria para procesos.

Gestión de Dispositivos: Comunicación y control de dispositivos de hardware.

Gestión de Archivos: Control de acceso y manipulación de archivos.

Tipos de núcleos

Monolítico: Todos los servicios del núcleo se ejecutan en el espacio de kernel, lo que ofrece alto rendimiento, pero menor modularidad.

Microkernel: Se minimiza el código en el espacio de kernel, y se ejecutan servicios adicionales en el espacio de usuario, aumentando el modularidad y seguridad pero a costa de rendimiento.

Núcleo Híbrido: Combina características de núcleos monolíticos y microkernels para equilibrar rendimiento y modularidad

2

ESTADOS Y TRANSICIONES DE UN PROCESO EN UN SISTEMA

OPERATIVO

Un proceso puede encontrarse en varios estados durante su ciclo de vida Los estados más comunes son:

Estados de un Proceso:

Nuevo: El proceso está siendo creado. 1.

Listo: El proceso está preparado para ejecutarse. 2.

Ejecución: El proceso está siendo ejecutado por el CPU. 3.

4

Bloqueado: El proceso está esperando un evento, como la finalización de una operación de E/S.

Terminado: El proceso ha finalizado su ejecución. 5.

Transiciones de Estados:

Las transiciones entre estos estados están gobernadas por eventos como interrupciones, llamadas al sistema, y cambios de contexto Algunos ejemplos de transiciones incluyen:

Nuevo a Listo: Después de la creación del proceso.

2

1. Listo a Ejecución: Cuando el planificador selecciona el proceso para ejecución.

3. Bloqueado a Listo: Cuando el evento esperado ocurre.

Ejecución a Bloqueado: Cuando el proceso espera un evento o recurso.

4.

5

Ejecución a Listo: Cuando el proceso es preemptado por otro proceso de mayor prioridad.

6.

Ejecución a Terminado: Cuando el proceso finaliza su ejecución.

Diagramas de Estado

Para visualizar estas transiciones, se utilizan diagramas de estado, que representan gráficamente los posibles estados de un proceso y las transiciones entre ellos.

BLOQUE DE CONTROL Y OPERACIONES SOBRE PROCESOS

El bloque de control de procesos (BCP) es una estructura de datos en el núcleo del sistema operativo que almacena información sobre un proceso específico.

OPERACIONES SOBRE PROCESOS

Las principales operaciones sobre procesos incluyen:

Creación de Procesos: Involucra asignar un BCP, memoria, y recursos necesarios.

Planificación de Procesos: Selección del proceso a ejecutarse por el CPU basado en un algoritmo de planificación.

Suspensión y Reanudación: Movimiento de procesos entre estados de ejecución y espera.

Terminación de Procesos: Liberación de recursos asignados y eliminación del BCP.

PROCESAMIENTO DE INTERRUPCIONES 4

Las interrupciones son señales que indican al núcleo que un evento ha ocurrido, como una operación de E/S completada o un error de hardware

Mecanismo de Interrupciones

El procesamiento de interrupciones es esencial para el funcionamiento eficiente del sistema operativo, ya que permite que el CPU responda rápidamente a eventos importantes.

Manejadores de Interrupciones

El núcleo maneja las interrupciones mediante un mecanismo conocido como manejador de interrupciones, que detiene temporalmente la ejecución del proceso actual para atender la interrupción.

TIPOS DE INTERRUPCIONES

Tipos de Interrupciones:

Interrupciones de Hardware: Generadas por dispositivos de hardware para señalar eventos.

Interrupciones de Software: Generadas por programas para solicitar servicios del sistema operativo.

Interrupciones de Reloj: Generadas por el temporizador del sistema para mantener la administración del tiempo

Secuencia de Procesamiento:

Recepción de la Interrupción: El dispositivo de hardware envía una señal de interrupción al CPU

Salvado del Estado Actual: El CPU guarda el estado del proceso actual.

Ejecución del Manejador de Interrupción: El núcleo ejecuta el código del manejador de interrupción.

Restauración del Estado: El CPU restaura el estado del proceso interrumpido.

Reanudación del Proceso: El proceso interrumpido continúa su ejecución.

PROCESOS CONCURRENTES ASÍNCRONOS 5

La concurrencia en sistemas operativos permite que múltiples procesos se ejecuten simultáneamente, mejorando la utilización de los recursos del sistema.

Exclusión Mutua:

Garantiza que sólo un proceso pueda acceder a un recurso compartido en un momento dado para evitar conflictos.

Problema de la Sección Crítica:

La sección crítica es una parte del código que accede a recursos compartidos y que debe ser ejecutada por un solo proceso a la vez.

Soluciones al Problema de la Sección Crítica

Desactivación de Interrupciones: No práctica en sistemas multiprocesador.

Variables de Bloqueo: Uso de variables de control para gestionar la entrada y salida de la sección crítica

Algoritmos de Exclusión Mutua: Algoritmos como Dekker, Peterson, etc.

Semáforos: Mecanismos de sincronización utilizados para controlar el acceso a los recursos compartidos en un entorno concurrente

Semáforos Binarios: Permiten sólo un proceso en la sección crítica.

Semáforos Contables: Permiten un número limitado de procesos en la sección crítica.

Implementación de Semáforos

Operaciones P (wait) y V (signal): Básicas para controlar el acceso a recursos.

P (wait): Decrementa el valor del semáforo. Si el valor es negativo, el proceso se bloquea.

V (signal): Incrementa el valor del semáforo Si el valor es no positivo, despierta a un proceso bloqueado.

Problemas y Soluciones en Concurrencia

Condición de Carrera: Ocurre cuando el resultado del proceso depende del orden de ejecución de procesos concurrentes.

Interbloqueo (Deadlock): Situación en la que dos o más procesos se bloquean mutuamente esperando recursos.

Inanición (Starvation): Ocurre cuando un proceso no puede acceder a los recursos necesarios por un período prolongado.

Algoritmos de Prevención de Interbloqueo: Protocolo del banquero, detección y recuperación, etc

Conclusión

El núcleo del sistema operativo es crucial para la gestión eficiente y segura de los recursos del sistema. A través del estudio de su definición, los estados y transiciones de los procesos, el bloque de control de procesos, el procesamiento de interrupciones y la concurrencia, se puede apreciar la complejidad y la importancia de estos conceptos. La comprensión de estos elementos es fundamental para el desarrollo y mantenimiento de sistemas operativos robustos y eficientes.

REFERENCIAS

Baeza, (2008), Materia SisOperativo creado para la materia de Sistemas Operativos de la catedrática Teresa de Jesús Javier Baeza, materia impartida en el Instituto Tecnológico de Villahermosa.

Raya, L (1990) Sistemas Operativos, Conceptos y Diseños. Mc. Graw Hill Silberschatz, A. (2010). Fundamentos de Sistemas Operativos. (1era edición). España. Mc. Graw Hill.

Tanenbaum, A. (2003). Sistemas Operativos Modernos, Pearson, 2da Edición. Madrid. España (2009). Sistemas Operativos Modernos. (1era edición). México. Prentice Hall.

Tanenbaum, A. (2018). Sistemas Operativos Modernos, Pearson, 3era Edición. Madrid. España.