Nucleos s.o.

Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saila

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Laboratorio de Sistemas Operativos
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Núcleo de un Sistema Operativo

Alberto Lafuente

Febrero 2006

Contenido

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Introducción Una estructura en capas para el sistema operativoEstructura de un núcleo de sistema operativo 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Rutinas dependientes del hardware Rutinas de manejo de colas y auxiliares Rutinas para la gestión de procesos Definiciones y estructuras de datos Primitivas del núcleo

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Funcionamiento del núcleo 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 Gestión de procesos Primitivas bloqueantes Rutinas de tratamiento de interrupciones Primitivas no bloqueantes Primitivasde sincronización

5 A.1

Puesta en marcha Prueba del núcleo

UPV/EHU ATC Laboratorio de Sistemas Operativos

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Introducción

Un sistema operativo se define desde dos puntos de vista. En primer lugar, el sistema operativo constituye la interfaz entre el usuario de un computador y los recursos de éste (hardware y software), proporcionando una visión funcional del sistema en formade llamadas al sistema. En segundo lugar, el sistema operativo es el encargado de gestionar eficientemente la utilización de los recursos por los usuarios. Los servicios que un sistema operativo gestiona suelen dividirse en cuatro: procesador, memoria, dispositivos y ficheros. La complejidad inherente a la gestión de alguno de estos servicios hace necesario estructurar el sistema operativo envarias capas o niveles, cada una ofreciendo un conjunto de primitivas a la inmediatamente superior. Por ejemplo, el sistema de ficheros reside sobre el dispositivo disco, por lo que la gestión de ficheros se especificará en base a las primitivas que proporcione la gestión del disco, que será la que programe el hardware del dispositivo. El nivel básico de un sistema operativo, que oculta lascaracterísticas hardware de la máquina, se conoce como núcleo o kernel. En este documento se proporciona una descripción completa de la estructura del núcleo de un sistema operativo multiprogramado, que incluye gestión de procesos basada en prioridades, gestión de dispositivos (disco flexible, teclado, pantalla, impresora, línea serie y reloj), y primitivas de sincronización (semáforos). Se ha escogido comoplataforma soporte la arquitectura PC basada en la familia i80x86. Ya que la mayor parte de las características dependientes de la arquitectura están encapsuladas en un conjunto de rutinas dependientes del hardware, esta elección no es especialmente determinante para el diseño del sistema operativo. La difusión de esta arquitectura es la única razón para su elección. Por otra parte, las rutinasdependientes del hardware proporcionan una interfaz C para su uso en el núcleo, lo que facilita la portabilidad a otras plataformas.

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Una estructura en capas para el sistema operativo
Nivel Núcleo. Gestión básica de procesos: planificación a corto plazo, cambio de contexto. Primitivas de sincronización. Gestión de E/S y tiempo, rutinas de atención. Nivel del Sistema Básico deFicheros, BFS. Sistema básico de ficheros: ubicación en disco, directorios. Rutinas de E/S, servidores de dispositivos. Nivel Sistema. Implementación de las llamadas al sistema; independencia del dispositivo (tablas de canales); gestión de buffers para acceso a ficheros; carga, ejecución y finalización de procesos.

El esquema general propuesto es una estructura en tres niveles o capas, de abajoarriba:

La Figura 1 muestra la estructura en niveles de un sistema operativo. Para un nivel n sólo son visibles las primitivas del nivel n-1. En general un nivel utilizará además una serie de rutinas auxiliares internas que no son visibles desde el nivel superior.

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Estructura de un núcleo de sistema operativo

Como ejemplo de núcleo de sistema operativo, en esta sección describiremos las...