clase 1 "EJECUCIÓN DE PROGRAMAS" (9/8) sistemas operativos (3)

Summary

En esta clase, se discuten los conceptos fundamentales sobre interrupciones, timers y su relación con los sistemas operativos. Se abordan los distintos tipos de interrupciones como las de entrada/salida, las asociadas con el tiempo compartido (como el timer), y las de tiempo real. Además, se analiza el cambio de contexto entre procesos, la importancia de los sistemas operativos para gestionar tareas, y cómo el avance tecnológico ha impactado en la velocidad de las CPU y los periféricos. Se menciona también cómo Linux ha mutado el concepto de sistemas operativos de tiempo compartido, permitiendo múltiples tareas para un solo usuario.

Takeaways

• 😀 Las interrupciones están relacionadas principalmente con las operaciones de entrada/salida en los sistemas operativos, permitiendo que el sistema gestione procesos que no pueden continuar debido a la lentitud de los periféricos.
• 😀 La velocidad de la CPU ha aumentado mucho más rápido que la de los periféricos, lo que provoca que la diferencia entre ambas se haya incrementado significativamente.
• 😀 Los sistemas operativos de tiempo compartido gestionan el tiempo mediante un 'timer', que divide el tiempo de ejecución en ventanas pequeñas para cada proceso.
• 😀 El 'context switch' es el proceso en el que la CPU suspende un proceso y carga los registros del siguiente proceso para su ejecución.
• 😀 Los sistemas operativos de tiempo real gestionan interrupciones originadas por eventos del mundo real, como alarmas o la detección de problemas, y los registran para su posterior análisis.
• 😀 Los traps son interrupciones generadas por la CPU misma debido a errores o excepciones internas, como división por cero o acceso a memoria inválida.
• 😀 El sistema operativo maneja señales generadas por traps, como la ejecución de una instrucción inválida, y puede cancelar la ejecución de un proceso si la señal no es manejable.
• 😀 Los sistemas operativos modernos tienen relojes de hardware (clocks) que operan a diferentes velocidades, desde el clock de la CPU (nanosegundos) hasta los más lentos para los sistemas operativos (milisegundos).
• 😀 Los sistemas operativos de tiempo compartido asignan un cierto número de 'clocks' de la CPU para que cada proceso tenga su ventana de ejecución, lo que permite que muchos procesos se ejecuten de manera concurrente.
• 😀 En sistemas operativos de tiempo real, los procesos pueden tener su propio temporizador para ejecutar tareas específicas a intervalos regulares, como cada media hora o cada 15 minutos.
• 😀 A medida que los sistemas operativos han evolucionado, especialmente con el uso de Linux, se ha permitido que un solo usuario ejecute múltiples tareas simultáneamente, lo que ha transformado los sistemas operativos de tiempo compartido tradicionales.

Q & A

¿Cuál es el papel de las interrupciones en los sistemas operativos?

Las interrupciones permiten que el sistema operativo responda a eventos externos, como la finalización de una operación de entrada/salida o un error en un proceso. Estas interrupciones notifican al sistema operativo para que tome acciones adecuadas, como suspender o reanudar procesos.

¿Por qué los periféricos son mucho más lentos que la CPU?

Los periféricos, como impresoras o discos, realizan operaciones mucho más lentas en comparación con la CPU. La CPU puede ejecutar millones de instrucciones en el tiempo que un periférico tarda en completar una operación, como la impresión de un documento.

¿Cómo ha cambiado la relación entre la velocidad de la CPU y los periféricos con el paso del tiempo?

A lo largo del tiempo, la velocidad de la CPU ha crecido mucho más rápido que la de los periféricos. Aunque los discos duros y otros periféricos han mejorado su velocidad, la CPU sigue siendo mucho más rápida, lo que genera una diferencia aún mayor entre la velocidad de la CPU y los periféricos.

¿Qué es un 'timer' en los sistemas operativos de tiempo compartido?

Un 'timer' en un sistema operativo de tiempo compartido es un mecanismo que genera interrupciones a intervalos regulares (como cada 100 milisegundos) para permitir la conmutación entre procesos. Esto asegura que cada proceso obtenga una 'ventana' de tiempo para ejecutarse.

¿Qué es el 'context switch' y cómo funciona?

El 'context switch' o conmutación de contexto es el proceso de guardar el estado de un proceso cuando es suspendido y restaurar el estado de otro proceso que va a ser ejecutado. Esto implica guardar los registros de la CPU y otros elementos del proceso para que pueda reanudarse correctamente más tarde.

¿Qué son las interrupciones de tiempo real y cuándo ocurren?

Las interrupciones de tiempo real son eventos que provienen del mundo real, como alarmas o sensores de seguridad. Estos eventos interrumpen el sistema operativo para que pueda atender inmediatamente la situación, como el encendido de un motor o la apertura de una puerta.

¿Qué son las interrupciones 'trap' y cuándo se generan?

Las interrupciones 'trap' son generadas por la propia CPU cuando detecta situaciones anómalas, como una división por cero o una instrucción inválida. Estas interrupciones son manejadas por el sistema operativo, que puede cancelar o manejar el programa que causó la interrupción.

¿Cuál es la diferencia entre un 'timer' y un 'clock' en un sistema operativo?

Un 'timer' es un mecanismo de software que el sistema operativo utiliza para generar interrupciones basadas en los relojes del hardware. Un 'clock', por otro lado, es un reloj físico, como el reloj de la CPU o el reloj de sistema, que marca intervalos de tiempo para sincronizar las operaciones del sistema.

¿Cómo los sistemas operativos manejan el tiempo compartido en los dispositivos modernos?

En los sistemas operativos modernos, como los utilizados en PCs o smartphones, el tiempo compartido se gestiona asignando intervalos de tiempo a cada proceso o usuario. Esto permite ejecutar múltiples tareas simultáneamente, aunque solo un proceso se ejecute a la vez, mediante la conmutación entre ellos.

¿Qué impacto ha tenido Linux en los sistemas operativos de tiempo compartido?

Linux ha sido clave en la evolución de los sistemas operativos de tiempo compartido, permitiendo que un solo usuario ejecute múltiples tareas de forma simultánea, lo que antes era limitado a sistemas de múltiples usuarios. Esto ha facilitado la ejecución de tareas en segundo plano, como el correo electrónico o antivirus.