Sop U-3 SMP - MICRONÚCLEOS Flashcards
MULTIPROCESO SIMÉTRICO (SMP)
El núcleo del sistema operativo se puede ejecutar en cualquier procesador
Existencia de dos o más procesadores que comparten la memoria principal
Todos los procesadores comparten los dispositivos de E/S
Todos los procesadores pueden desempeñar las mismas funciones (simétricos)
Cada procesador se auto planifica
El sistema está controlado por un sistema operativo integrado, que proporciona la interacción entre los procesadores y sus programas en los niveles de trabajo, tarea, archivo y datos.
Aspectos a tener en cuenta
✓Evitar conflictos en la planificación → dos procesadores podrían seleccionar el mismo proceso o hilo para ejecutar
✓Problema de coherencia de caché
✓Sincronización para el acceso a zonas de memoria compartidas
Sistema multiprocesador simétrico:
En esta fábrica, cada línea de producción (procesador) puede fabricar cualquier tipo de juguete (ejecutar cualquier programa). Todas las líneas de producción comparten el almacén de materias primas (memoria principal) y las máquinas herramientas (dispositivos de E/S). Cada línea de producción tiene su propio supervisor local que decide qué trabajador hace qué tarea y cuándo. El supervisor general se encarga de coordinar el trabajo entre todas las líneas de producción y de resolver cualquier conflicto que pueda surgir.
Aspectos a considerar:
Conflictos de planificación: Imagina que dos supervisores locales quieren asignar al mismo trabajador a una tarea diferente. Esto podría causar problemas si no se coordina adecuadamente.
Coherencia de caché: Cada línea de producción tiene su propio pequeño almacén (caché) donde guarda las piezas que usa con frecuencia. Si un trabajador modifica una pieza en el almacén de una línea de producción, las otras líneas de producción deben asegurarse de que su copia de la pieza esté actualizada.
Sincronización: Si dos trabajadores necesitan utilizar la misma máquina herramienta al mismo tiempo, deben coordinarse para evitar conflictos.
Organización SMP
oHay múltiples procesadores, cada uno de los cuales tiene su propia unidad de control, unidad aritmeticológica y registros.
oCada procesador tiene acceso a una memoria principal compartida y a los dispositivos de E/S a través de algún tipo de mecanismo de interconexión: un modo habitual es mediante un bus compartido
Cómo funciona:
Cada línea de producción (procesador) puede trabajar de forma independiente en la fabricación de un juguete. Cuando una línea necesita una materia prima, envía una solicitud a través de la cinta transportadora (bus) al almacén central. Una vez que recibe la materia prima, la procesa utilizando sus propias máquinas y herramientas. Si necesita utilizar una máquina herramienta, también envía una solicitud a través de la cinta transportadora.
Ventajas:
Mayor rendimiento: Al tener múltiples líneas de producción trabajando en paralelo, se pueden fabricar más juguetes en menos tiempo.
Mayor eficiencia: Cada línea de producción se puede especializar en un tipo de juguete, lo que aumenta la eficiencia.
Escalabilidad: Se pueden agregar más líneas de producción para aumentar la capacidad de la fábrica.
Desventajas:
Conflictos de acceso: Si dos líneas de producción necesitan acceder a la misma materia prima al mismo tiempo, puede producirse un cuello de botella.
Coherencia de caché: Cada línea de producción puede tener una pequeña cantidad de materia prima almacenada localmente (caché). Si una línea modifica una pieza en su caché, las otras líneas deben asegurarse de que su copia de la pieza esté actualizada.
Ventajas de SMP
oLa ejecución de procesos o hilos se puede realizar en paralelo
oDisponibilidad→ como todos los procesadores pueden realizar las mismas funciones, un fallo en un procesador no hará que la computadora deje de funcionar
oCrecimiento incremental→ se pueden aumentar las prestaciones del sistema, añadiendo más procesadores
Imagina que hay un pedido muy grande de juguetes. Con una sola línea de producción, tardarías mucho tiempo en completar el pedido. Sin embargo, con múltiples líneas de producción trabajando en paralelo, puedes completar el pedido mucho más rápido. Además, si una línea de producción se avería durante el proceso, las otras líneas pueden continuar trabajando y completar el pedido con un pequeño retraso.
AGRUPACIONES (CLÚSTERS)
Conjunto de computadoras interconectadas (nodos) que trabajan juntas creando la ilusión de ser una única máquina
▪Los nodos están interconectados por una red de alta velocidad▪
Proporcionan escalabilidad, alto rendimiento y alta disponibilidad
Imagina que quieres fabricar un tren de juguete muy grande. Una sola línea de producción tardaría mucho tiempo en completarlo. Sin embargo, si divides el trabajo entre varias líneas (cada una se encarga de construir un vagón), puedes terminar el tren mucho más rápido. Además, si una línea tiene un problema y no puede seguir trabajando, las otras líneas pueden continuar ensamblando los vagones restantes.
Arquitectura micronúcleo (Evolución de la Arquitectura de los S.O)
→ S.O Monolíticos:cualquier procedimiento podía llamar a cualquier otro.
→ S.O por Capas:las funciones se organizaban jerárquicamente y sólo se produce interacción entre capas adyacentes.
→ Micronúcleo: es un núcleo pequeño del SO que proporciona las bases para ampliacionesmodulares
Monolítico: Todo mezclado, como una cocina donde todos cocinan y limpian.
Por capas: Cada uno tiene su tarea, como una línea de montaje.
Micronúcleo: Un cerebro central que controla todo, como un director de orquesta.
Arquitectura micronúcleo (Características)
Sólo las funciones esenciales del núcleo del sistema operativo permanecen en el núcleo.
*Las aplicaciones y servicios se construyen sobre el micronúcleo y se ejecutan en modo usuario.
*Muchos de los servicios del S.O. pasan a ejecutarse en modo usuario.
*Cada servidor se puede comunicar con el resto de los servidores.
*El núcleo permite la comunicación entre servidores, administra los mensajes y protege el intercambio de mensajes.
¿Cómo funciona?
Cerebro central: El micronúcleo se encarga de coordinar todo. Si un trabajador (una aplicación) necesita un archivo, envía un mensaje al departamento de gestión de archivos.
Comunicación entre departamentos: Los diferentes departamentos se comunican entre sí a través del micronúcleo. Por ejemplo, el departamento de gestión de procesos puede enviar un mensaje al departamento de gestión de memoria para solicitar más memoria.
Protección: El micronúcleo se asegura de que los diferentes departamentos no interfieran entre sí y de que los trabajadores no puedan acceder a partes del sistema que no deberían.
Ventajas de esta estructura:
Mayor seguridad: Si un departamento tiene un problema, no afecta al funcionamiento de todo el sistema.
Mayor flexibilidad: Se pueden agregar nuevos departamentos o modificar los existentes sin afectar al núcleo.
Mayor fiabilidad: Al tener menos código en el núcleo, hay menos posibilidades de que se produzcan errores.
Arquitectura micronúcleo (Ventajas y Desventajas )
Ventajas
✓Extensibilidad:Facilidad para añadir nuevos servicios al conjunto de servicios ya existentes.
✓Flexibilidad:Se adapta a las necesidades de los usuarios: permite añadir o quitar características.
✓Portabilidad:La mayoría del código específico del procesador está en el micronúcleo. Ocupa menos lugar en la memoria física.
✓Fiabilidad:Un micronúcleo puede probarse de forma rigurosa. Se utilizan APIs.
✓Soporte a sistemas distribuidos:Un proceso puede enviar un mensaje sin saber en qué máquina reside el destinatario.
✓Soporte para SO orientados a objetos
✓Uniformidad de interfaces:Todos los servicios se utilizan mediante el paso de mensajes.
Desventaja
✓Su principal desventaja es el rendimiento. Consume más tiempo construir y enviar un mensaje, o aceptar y codificar la respuesta a través del micronúcleo que mediante una simple llamada al sistema.
Imagina una gran ciudad:
Micronúcleo: Es como el alcalde de la ciudad, encargado de las funciones básicas: recolección de basura, suministro de agua, seguridad, etc.
Departamentos de la ciudad: Cada departamento (educación, salud, transporte, etc.) representa un servicio del sistema operativo (gestión de archivos, gestión de procesos, etc.).
Ciudadanos: Las aplicaciones y servicios que usamos (navegador, editor de texto, etc.) son como los ciudadanos. Ellos no interactúan directamente con el alcalde, sino que realizan sus actividades a través de los diferentes departamentos.
Ventajas de esta estructura:
Extensibilidad: Es como construir un nuevo edificio en la ciudad (agregar un nuevo servicio). El alcalde (micronúcleo) se encarga de coordinar la construcción y conectar el nuevo edificio a la infraestructura existente.
Flexibilidad: Si los ciudadanos necesitan un nuevo servicio, se puede crear un nuevo departamento. Si ya no lo necesitan, se puede cerrar.
Portabilidad: El alcalde (micronúcleo) conoce las reglas básicas de la ciudad (hardware), pero los departamentos pueden adaptarse a diferentes necesidades sin cambiar el núcleo.
Fiabilidad: Si hay un problema en un departamento (por ejemplo, un corte de agua), el resto de la ciudad puede seguir funcionando.
Soporte a sistemas distribuidos: Es como si la ciudad tuviera ciudades vecinas y los ciudadanos pudieran comunicarse con ellos a través del alcalde.
Soporte para SO orientados a objetos: Cada departamento puede ser visto como un objeto con sus propias características y funciones.
Uniformidad de interfaces: Todos los ciudadanos interactúan con los departamentos de la misma manera, a través de solicitudes formales.
Desventaja:
Rendimiento: Imagina que un ciudadano quiere pedir un permiso. En lugar de ir directamente al departamento correspondiente, debe pasar por el alcalde. Esto puede tomar más tiempo que si pudiera ir directamente.
Diseño micronúcleo
Un micronúcleo debe incluir aquellas funciones que dependen directamente del hardware y cuya funcionalidad es necesaria para dar soporte a las aplicaciones y servidores que ejecutan en modo núcleo. Se englobanen tres categorías: Gestión de memoria a bajo nivel
Comunicación entre procesos
Gestión de interrupciones y E/S
Imagina un gran edificio de oficinas:
Micronúcleo: Es como el sistema de electricidad y fontanería del edificio. Proporciona los servicios básicos que necesitan todas las oficinas para funcionar: energía eléctrica, agua, desagüe, etc.
Oficinas: Representan las aplicaciones y servidores que se ejecutan en el sistema operativo.
¿Por qué el sistema eléctrico y de fontanería son esenciales?
Gestión de memoria a bajo nivel: Es como la distribución de la electricidad en el edificio. El sistema eléctrico debe asegurarse de que cada oficina tenga la energía que necesita y de que no haya cortocircuitos. En el caso del micronúcleo, debe gestionar la memoria del sistema, asignando la cantidad necesaria a cada proceso y evitando conflictos.
Comunicación entre procesos: Es como el sistema de telefonía interna del edificio. Permite que las personas de diferentes oficinas se comuniquen entre sí. En el micronúcleo, esta función permite que las diferentes aplicaciones y servicios se comuniquen y compartan datos.
Gestión de interrupciones y E/S: Es como el sistema de alarmas y el servicio de mantenimiento del edificio. Cuando ocurre algo inesperado (una alarma de incendio, una fuga de agua), el sistema debe responder de inmediato. En el micronúcleo, esta función permite que el sistema responda a eventos externos (como pulsar una tecla en el teclado) y gestione la entrada y salida de datos.
