UNIDAD I

UNIDAD I

Publicadas por Sistemas Operativos II

Introducción

1.1 Conceptos Básicos

Un sistema operativo es un software de sistema, es decir, un conjunto de programas de computación destinados a realizar muchas tareas entre las que destaca la administración eficaz de sus recursos.Comienza a trabajar cuando en memoria se carga un programa especifico y aun antes de ello, que se ejecuta al iniciar el equipo, o al iniciar una máquina virtual, y gestiona el hardware de la máquina desde los niveles más básicos, brindando una interfaz con el usuario.

Multitarea.

El término multitarea se refiere a la capacidad del Sistema Operativo para correr más de un programa al mismo tiempo. Existen dos esquemas que los programas de sistemas operativos utilizan para desarrollar Sistema Operativo multitarea, el primero requiere de la cooperación entre el Sistema Operativo y los programas de aplicación.

Los programas son escritos de tal manera que periódicamente inspeccionan con el Sistema Operativo para ver si cualquier otro programa necesita a la CPU, si este es el caso, entonces dejan el control del CPU al siguiente programa, a este método se le llama multitarea cooperativa y es el método utilizado por el Sistema Operativo de las computadoras de Machintosh y DOS corriendo Windows de Microsoft.

El segundo método es el llamada multitarea con asignación de prioridades. Con este esquema el Sistema Operativo mantiene una lista de procesos (programas) que están corriendo. Cuando se inicia cada proceso en la lista el Sistema Operativo le asigna una prioridad. En cualquier momento el Sistema Operativo puede intervenir y modificar la prioridad de un proceso organizando en forma efectiva la lista de prioridad, el Sistema Operativo también mantiene el control de la cantidad de tiempo que utiliza con cualquier proceso antes de ir al siguiente.

Con multitarea de asignación de prioridades el Sistema Operativo puede sustituir en cualquier momento el proceso que está corriendo y reasignar el tiempo a una tarea de más prioridad. Unix OS-2 y Windows NT emplean este tipo de multitarea.MultiusuarioUn Sistema Operativo multiusuario permite a más de un solo usuario accesar una computadora. Claro que, para llevarse esto a cabo, el Sistema Operativo también debe ser capaz de efectuar multitareas.Unix es el Sistema Operativo Multiusuario más utilizado. Debido a que Unix fue originalmente diseñado para correr en una minicomputadora, era multiusuario y multitarea desde su concepción.Actualmente se producen versiones de Unix para PC tales como The Santa Cruz Corporation Microport, Esix, IBM,y Sunsoft. Apple también produce una versión de Unix para la Machintosh llamada: A/UX.UnixUnix proporciona tres maneras de permitir a múltiples personas utilizar la misma PC al mismo tiempo:

• Mediante Módems.
• Mediante conexión de terminales a través de puertos seriales
• Mediante Redes.

Multiproceso

Las computadoras que tienen más de un CPU son llamadas multiproceso. Un sistema operativo multiproceso coordina las operaciones de las computadoras multiprocesadoras. Ya que cada CPU en una computadora de multiproceso puede estar ejecutando una instrucción, el otro procesador queda liberado para procesar otras instrucciones simultáneamente.

Al usar una computadora con capacidades de multiproceso incrementamos su velocidad de respuesta y procesos. Casi todas las computadoras que tienen capacidad de multiproceso ofrecen una gran ventaja.

Los primeros Sistemas Operativos Multiproceso realizaban lo que se conoce como:

• Multiproceso asimétrico: Una CPU principal retiene el control global de la computadora, así como el de los otros procesadores. Esto fue un primer paso hacia el multiproceso pero no fue la dirección ideal a seguir ya que la CPU principal podía convertirse en un cuello de botella.
• Multiproceso simétrico: En un sistema multiproceso simétrico, no existe una CPU controladora única. La barrera a vencer al implementar el multiproceso simétrico es que los Sistema Operativo tienen que ser rediseñados o diseñados desde el principio para trabajar en un ambiente multiproceso. Las extensiones de Unix, que soportan multiproceso asimétrico ya están disponibles y las extensiones simétricas se están haciendo disponibles.

1.2 Características de desarrollo en aplicaciones modernas o Base de datoso  Win / 

Webo Internet / Intranet / Extraneto        Web serviceso SOAo  BMPo BIo      Multiplataforma (incluyendo nuevos aparatos)o       Dispositivos Móviles o         Funcionamiento conectado o desconectadoo Usuarios no entrenados.

Las aplicaciones modernas del la computación empiezan desde, aproximadamente, el año 1960 con la creación del disco flexible, el código ASCII y el sistema DOS. Sin embargo estas solo son las bases para la comunicación actual; ya que estos eran solo el principio para lo que ahora utilizamos frecuentemente, como los sistemas de almacenamiento información, lo que ahora son las unidades USB, celulares, etc., anotaciones hechas en word, Excel, word pad, etc., búsqueda que se realizan en foros, encartas, paginas de búsqueda como wikipedia, etc.) y con ello complementar nuestras tareas cotidianas como lo son las investigaciones, proyectos, e incluso los pasatiempos. También esta sección se remonta del clásico juego llamado "pacman" que ha evolucionado ahora con los juegos on-line o algunas consolas, tales como el X-box, play-station y nintendo. Actualmente también se utiliza la computación como un medio de comunicación con el Chat, el correo electrónico, foros y otros medios más. Y aun existen incontables medios más profesionales que ayudan a lo que ahora son los profesionistas como en el caso de la arquitectura e ingeniería el Archicad, Autocad y programas más complejos.

1.2.1 Comunicación en red

El crecimiento de las redes locales a mediados de los años ochenta hizo que cambiase nuestra forma de comunicarnos con las computadoras y la forma en que las computadoras se comunicaban entre sí.

La importancia de las LAN reside en que en un principio se puede conectar un número pequeño de computadoras que puede ser ampliado a medida que crecen las necesidades.

Medios de comunicación.

• El cable par trenzado: Es de los más antiguos en el mercado y en algunos tipos de aplicaciones es el más común. Consiste en dos alambres de cobre o a veces de aluminio, aislados con un grosor de 1 mm aproximadamente. Los alambres se trenzan con el propósito de reducir la interferencia eléctrica de pares similares cercanos. Los pares trenzados se agrupan bajo una cubierta común de PVC (Policloruro de Vinilo) en cables multipares de pares trenzados (de 2, 4, 8, hasta 300 pares).Un ejemplo de par trenzado es el sistema de telefonía, ya que la mayoría de aparatos se conectan a la central telefónica por medio de un par trenzado. Actualmente, se han convertido en un estándar en el ámbito de las redes LAN como medio de transmisión en las redes de acceso a usuarios.
• El cable coaxial: El cable coaxial tenía una gran utilidad en sus inicios por su propiedad idónea de transmisión de voz, audio y video, además de textos e imágenes.Se usa normalmente en la conexión de redes con topología de Bus como Ethernet y ArcNet, se llama así porque su construcción es de forma coaxial. La construcción del cable debe de ser firme y uniforme, porque si no es así, no se tiene un funcionamiento adecuado.
• Fibra Óptica: A partir de 1970, cables que transportan luz en lugar de una corriente eléctrica. Estos cables son mucho más ligeros, de menor diámetro y repetidores que los tradicionales cables metálicos. Además, la densidad de información que son capaces de transmitir es también mucho mayor. Una fibra óptica, el emisor está formado por un láser que emite un potente rayo de luz, que varía en función de la señal eléctrica que le llega. El receptor está constituido por un fotodiodo, que transforma la luz incidente de nuevo en señales eléctricas.La comunicación por medio de una red se lleva a cabo en dos diferentes categorías: la capa física y la capa lógica.La capa física incluye todos los elementos de los que hace uso un equipo para comunicarse con otros equipos dentro de la red, como, por ejemplo, las tarjetas de red, los cables, las antenas, etc.

La comunicación a través de la capa física se rige por normas muy rudimentarias que por sí mismas resultan de escasa utilidad. Sin embargo, haciendo uso de dichas normas es posible construir los denominados protocolos, que son normas de comunicación más complejas, capaces de proporcionar servicios que resultan útiles.

Los protocolos son un concepto muy similar al de los idiomas de las personas. Si dos personas hablan el mismo idioma, es posible comunicarse y transmitir ideas.La razón más importante sobre por qué existe diferenciación entre la capa física y la lógica es sencilla: cuando existe una división entre ambas, es posible utilizar un número casi infinito de protocolos distintos, lo que facilita la actualización y migración entre distintas tecnologías.

1.2.2 Concurrencia

La concurrencia es la propiedad de los sistemas que permiten que múltiples procesos sean ejecutados al mismo tiempo, y que potencialmente puedan interactuar entre sí.

Los procesos concurrentes pueden ser ejecutados realmente de forma simultánea, sólo cuando cada uno es ejecutado en diferentes procesadores. En cambio, la concurrencia es simulada si sólo existe un procesador encargado de ejecutar los procesos concurrentes, simulando la concurrencia, ocupándose de forma alternada en uno y otro proceso a pequeñísimos intervalos de tiempo. De esta manera simula que se están ejecutando a la vez.

Los temas fundamentales del diseño de sistemas operativos están relacionados con la gestión de procesos e hilos:

• Multiprogramación: consiste en la gestión de varios procesos dentro de un sistema mono-procesador.
• Multiprocesamiento: consiste en la gestión de varios procesos, dentro de un sistema multiprocesador.
• Procesamiento distribuido: consiste en la gestión de varios procesos, ejecutándose en sistemas de computadores múltiples y distribuidos. La reciente proliferación de las agrupaciones es el principal ejemplo de este tipo de sistemas.

La concurrencia es fundamental en todas estas áreas y para el diseño sistemas operativos. 

La concurrencia comprende un gran número de cuestiones de diseño, incluida la comunicación entre procesos, compartición y competencia por los recursos, sincronización de la ejecución de varios procesos y asignación del tiempo de procesador a los procesos.

La concurrencia puede presentarse en tres contextos diferentes:

• Múltiples aplicaciones: la multiprogramación se creó para permitir que el tiempo de procesador de la máquina fuese compartido dinámicamente entre varias aplicaciones activas.
• Aplicaciones estructuradas: como ampliación de los principios del diseño modular y la programación estructurada, algunas aplicaciones pueden implementarse eficazmente como un conjunto de procesos concurrentes.
• Estructura del sistema operativo: las mismas ventajas de estructuración son aplicables a los programadores de sistemas y se ha comprobado que algunos sistemas operativos están implementados como un conjunto de procesos o hilos.

Principios generales de la concurrencia

En un sistema multiprogramado con un único procesador, los procesos se intercalan en el tiempo aparentando una ejecución simultánea. Aunque no se logra un procesamiento paralelo y produce una sobrecarga en los intercambios de procesos, la ejecución intercalada produce beneficios en la eficiencia del procesamiento y en la estructuración de los programas.

La intercalación y la superposición pueden contemplarse como ejemplos de procesamiento concurrente en un sistema monoprocesador, los problemas son consecuencia de la velocidad de ejecución de los procesos que no pueden predecirse y depende de las actividades de otros procesos, de la forma en que el sistema operativo trata las interrupciones surgen las siguientes dificultades:

1. Compartir recursos globales es riesgoso
2. Para el sistema operativo es difícil gestionar la asignación óptima de recursos.

Las dificultades anteriores también se presentan en los sistemas multiprocesador.

El hecho de compartir recursos ocasiona problemas, por esto es necesario proteger a dichos recursos. Los problemas de concurrencia se producen incluso cuando hay un único procesado

Labores del sistema operativo

Elementos de gestión y diseño que surgen por causa de la concurrencia:

1) El sistema operativo debe seguir a los distintos procesos activos

2) El sistema operativo debe asignar y retirar los distintos recursos a cada proceso activo, entre estos se incluyen:-Tiempo de procesador-Memoria-Archivos-Dispositivos de E/S

3) El sistema operativo debe proteger los datos y los recursos físicos de cada proceso contra injerencias no intencionadas de otros procesos.

4) Los resultados de un proceso deben ser independientes de la velocidad a la que se realiza la ejecución de otros procesos concurrentes.

1.2.3 Proceso Asíncrono

Es una señal generada por un proceso que requiere atención por parte de otro proceso  independientemente de lo que estén haciendo.

Desde hace algún tiempo se ha descubierto que los procesos asíncronos son muy adecuados en muchas circunstancias de procesamiento. A medida que se van encontrando situaciones reales para las cuales este tipo de procesamiento es adecuado, se descubren nuevas ventajas y nuevas desventajas.

Una de las desventajas más importantes consiste en que los procesos asíncronos, a diferencia de los procesos sincrónicos necesitan dejar un rastro de ejecución y además una interfaz administrativa para consultar y tomar decisiones.

Esta administración adicional hace menos factible el uso de procesamiento asíncrono, pero muchas veces esta funcionalidad adicional ofrece una mayor flexibilidad, facilita el monitoreo y permite conocer el estado o la evolución del servicio.

El procesamiento asíncrono es una buena alternativa para ciertas soluciones, como todo, debe aplicarse donde realmente tenga sentido, si no es así puede tener un efecto no deseado como ejemplos puede ser el complicar la interacción en el usuario y el sistema, demorar un proceso que requiere información en línea y agregar complejidad administrativa.

1.3 Características de un sistema operativo moderno

Funciones de los sistemas operativos modernos.

1. Aceptar todos los trabajos y conservarlos hasta su finalización.
2. Interpretación de comandos: Interpreta los comandos que permiten al usuario comunicarse con el ordenador. 
3. Control de recursos: Coordina y manipula el hardware de la computadora, como la memoria, las impresoras, las unidades de disco, el teclado o el Mouse.
4. Manejo de dispositivos de E/S: Organiza los archivos en diversos dispositivos de almacenamiento, como discos flexibles, discos duros, discos compactos o cintas magnéticas.
5. Manejo de errores: Gestiona los errores de hardware y la pérdida de datos.
6. Secuencia de tareas: El sistema operativo debe administrar la manera en que se reparten los procesos. Definir el orden. (Quien va primero y quien después).
7. Protección: Evitar que las acciones de un usuario afecten el trabajo que está realizando otro usuario.
8. Multiacceso: Un usuario se puede conectar a otra máquina sin tener que estar cerca de ella.
9. Contabilidad de recursos: establece el costo que se le cobra a un usuario por utilizar determinados recursos.

Características de los sistemas operativos modernos.

En general, se puede decir que un Sistema Operativo tiene las siguientes características:

• Conveniencia. Un Sistema Operativo hace más conveniente el uso de una computadora.
• Eficiencia. Un Sistema Operativo permite que los recursos de la computadora se usen de la manera más eficiente posible.
• Habilidad para evolucionar. Un Sistema Operativo deberá construirse de manera que permita el desarrollo, prueba o introducción efectiva de nuevas funciones del sistema sin interferir con el servicio.
• Encargado de administrar el hardware. El Sistema Operativo se encarga de manejar de una mejor manera los recursos de la computadora en cuanto a hardware se refiere, esto es, asignar a cada proceso una parte del procesador para poder compartir los recursos.
• Relacionar dispositivos (gestionar a través del kernel). El Sistema Operativo se debe encargar de comunicar a los dispositivos periféricos, cuando el usuario así lo requiera. Organizar datos para acceso rápido y seguro.
• Manejar las comunicaciones en red. El Sistema Operativo permite al usuario manejar con alta facilidad todo lo referente a la instalación y uso de las redes de computadoras.
• Procesamiento por bytes de flujo a través del bus de datos. Facilitar las entradas y salidas. Un Sistema Operativo debe hacerle fácil al usuario el acceso y manejo de los dispositivos de Entrada/Salida de la computadora.

UNIDAD II

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SISTEMAS OPERATIVOS

2.1 Instalacion y Configuracion del Sistema Operativo

Instalación de Windows 

Instalación de Ubuntu

2.2 Núcleo del S.O. (kernel) 

Definición:

Según la teoría clásica de sistemas operativos entendemos que un S.O. es como un intermediario entre los programas de usuario y el hardware, es decir el software encargado de proporcionar el entorno necesario dónde será posible ejecutar otros programas. 

Cada aplicación de usuario se ejecuta sobre la máquina utilizando los que llamamos un proceso (que podría entenderse como un programa en ejecución). Pero es necesario ser consciente de que existe mucho bajo del concepto de proceso. No es necesario decir que nuestra máquina, realmente (como norma general) no posee más que un microprocesador, y este no es capaz de ejecutar más de una instrucción por ciclo. Sin embargo todo el que ha trabajado con cualquier sistema operativo medianamente serio a sido capaz de simultanear entre varias aplicaciones y tenerlas ejecutando en paralelo. ¿ Cómo es esto posible ? o mejor dicho ¿ Quién es el responsable de que esto ocurra ?Imaginemos por un momento una carrera de tortugas con varios carriles por dónde circularán para intentar obtener la victoria. Ahora, sin embargo, sólo existe un carril por dónde, evidentemente, sólo puede circular una tortuga en un momento determinado. En esta extraña competición se nos encarga la ardua tarea de gestionar ese único carril para que las tortugas puedan correr en él y efectuar una competición digna. Podríamos hacer lo siguiente: tomamos una tortuga al azar y la colocamos en la línea de partida, esta comenzará a moverse; tras un período fijado de tiempo anotamos su posición, la sacamos y tomando de nuevo otra aleatoriamente para colocarla en la línea de partida. Si utilizamos el mismo intervalo de tiempo y procuramos que todas las tortugas puedan acceder a la pista por igual (colocándolas haciendo cola por ejemplo) podríamos simular una carrera con un sólo carril.Esta pequeña metáfora refleja una de las funciones del núcleo de un sistema operativo, el planificador de procesos. Pretendemos mostrar al sistema operativo como el software encargado de proporcionar el soporte necesario para habilitar la ejecución de aplicaciones y compartición de recursos como la memoria o la CPU (el único carril de nuestro circuito).Podemos definir un kernel entonces como el software que constituye el núcleo del sistema operativo, dónde se realizan las funcionalidades básicas como la gestión de procesos, la gestión de memoria y de entrada salida. Pero entonces, ¿un kernel es en sí un sistema operativo? No realmente, depende de la definición de sistema operativo. Hay quién afirma que el shell también forma parte de él. Desde nuestro punto de vista la pregunta anterior no es cierta, dado que existen otros conceptos que iremos comprendiendo a lo largo del artículo y que constituyen, en sí mismos piezas fundamentales del sistemas operativo.El kernel ó núcleo en linux se puede definir como el corazón de este sistema operativo. Es el encargado de que el software y el hardware de la computadora puedan trabajar juntos.Las funciones más importantes del mismo, aunque no las únicas, son:* Administración de la memoria para todos los programas y procesos en ejecución.* Administración del tiempo de procesador que los programas y procesos en ejecucion utilizan.* Es el encargado de que podamos acceder a los periféricos/elementos de nuestro ordenador de una manera cómoda.Tipos de kernel En función del tamaño y de las funcionalidades que posea el kernel podemos clasificarlo. Realmente, y pese a seguidores incondicionales en un modelo u otro, existe una tendencia básica a reducir el tamaño del núcleo proporcionando menos funcionalidades, que son desplazadas a módulos que se cargan en tiempo de ejecución.

En función a esta idea tenemos tres tipos fundamentales de kernel:

• Kernel monolítico.Todas las funcionalidades posibles están integradas en el sistema. Se trata de un programa de tamaño considerable que deberemos recompilar al completo cada vez que queramos añadir una nueva posibilidad. Esta es la estructura original de Linux. Por tratarse de una técnica clásica y desfasada el creador de Linux fue muy criticado.

• Kernel modular.Se trata de la tendencia actual de desarrollo. En el kernel se centran la funcionalidades esenciales como la administración de memoria, la planificación de procesos, etc. Sin embargo no tiene sentido que el núcleo de un sistema operativo englobe toda la parafernalia para comunicarse con todas las posibles de tarjetas de vídeo o de sonido. En otros sistemas operativos esto se soluciona con unos ficheros proporcionados por el fabricante llamados drivers. En Linux se creó un interfaz adecuado para posibilitar el desarrollo de módulos que cumplieran esas funcionalidades. Esos módulos pueden ser compilados por separado y añadidos al kernel en tiempo de ejecución.

Estructura de microkernel

Esta técnica pretende reducir a su mínima expresión el kernel, dejando a los niveles superiores el resto de las funcionalidades. Existen algunos kernels que lo utilizan, si bien el que centra nuestra atención es Hurd. Se trata del último kernel GNU llamado a sustituir a Linux como núcleo del sistema operativo. Aunque esta estrategia de diseño es tan antigua como la modular, no ha sido tenida en cuenta hasta ahora debido a las limitaciones de rendimiento que tenía.

2.3 Modos de ejecución

Modo usuario y modo núcleo

El núcleo reside permanentemente en memoria principal así como el proceso actualmente en ejecución también denominado proceso actual (o partes del mismo, por lo menos). Cuando se compila un programa, el compilador genera un conjunto de direcciones de memoria asociadas al programa que representan las direcciones de las variables y de las estructuras de datos, o las direcciones de instrucciones como por ejemplo funciones. El compilador genera las direcciones para una máquina virtual considerando que ningún otro programa sería ejecutado simultáneamente en la máquina física.Cuando un programa se ejecuta en la máquina, el núcleo le asigna espacio en memoria principal, pero las direcciones virtuales generadas por el compilador no necesitan ser idénticas a las direcciones físicas que ocupan en la máquina. El núcleo se coordina con el hardware de la máquina para traducir las direcciones virtuales a direcciones físicas. 

Esta traducción depende de las capacidades del hardware de la máquina, y en consecuencia las partes del sistema UNIX que se ocupan de la misma son dependientes de la máquina.Con el objetivo de poder implementar una protección eficiente del espacio de direcciones de memoria asociado al núcleo y de los espacios de direcciones asociados a cada proceso, la ejecución de los procesos en un sistema UNIX está dividida en dos modos de ejecución: un modo de mayor privilegio denominado modo núcleo o supervisor y otro modo de menor privilegio denominado modo usuario.Un proceso ejecutándose en modo usuario sólo puede acceder a unas partes de su propio espacio de direcciones (código, datos y pila). Sin embargo, no puede acceder a otras partes de su propio espacio de direcciones, como aquellas reservadas para estructuras de datos asociadas al proceso usadas por el núcleo. Tampoco puede acceder al espacio de direcciones de otros procesos o del mismo núcleo. De esta forma se evita una posible corrupción de los mismos.Por otra parte, un proceso ejecutándose en modo núcleo puede acceder a su propio espacio de direcciones al completo y al espacio de direcciones del núcleo, pero no puede acceder al espacio de direcciones de otros procesos. Debe quedar claro que cuando se dice que un proceso se está ejecutando en modo núcleo, en realidad el que se está ejecutando es el núcleo pero en el nombre del proceso. Por ejemplo, cuando un proceso en modo usuario realiza una llamada al sistema está pidiendo al núcleo que realice en su nombre determinadas operaciones con el hardware de la máquina.Entre los principales casos que producen que un proceso ejecutándose en modo usuario pase a ejecutarse en modo núcleo se encuentran: las llamadas al sistema, las interrupciones (hardware o software) y las excepciones.

Tipos de procesos

Los procesos en el sistema UNIX pueden ser de tres tipos: procesos de usuario, procesos demonio y procesos del núcleo o del sistema.

Los procesos de usuario son aquellos procesos asociados a un determinado usuario. Se ejecutan en modo usuario excepto cuando realizan llamadas al sistema para acceder a los recursos del sistema, que pasan a ser ejecutados en modo núcleo.

Los procesos demonio no están asociados a ningún usuario. Al igual que los proceso de usuario, son ejecutados en modo usuario excepto cuando realizan llamadas al sistema que pasan a ser ejecutados en modo núcleo. Los procesos demonio realizan tareas periódicas relacionadas con la administración del sistema, como por ejemplo: la administración y control de redes, la ejecución de actividades dependientes del tiempo, la administración de trabajos en las impresoras en línea, etc.

Los procesos del núcleo no están asociados a ningún usuario. Se ejecutan exclusivamente en modo núcleo. Son similares a los procesos demonio en el sentido de que realizan tareas de administración del sistema, como por ejemplo, el intercambio de procesos (proceso intercambiador) o de páginas (proceso ladrón de páginas) a memoria secundaria. Su principal ventaja respecto a los procesos demonio es que poseen un mayor control sobre sus prioridades de planificación puesto que su código es parte del núcleo. Por ello pueden acceder directamente a los algoritmos y estructuras de datos del núcleo sin hacer uso de las llamadas al sistema, en consecuencia son extremadamente potentes. Sin embargo no son tan flexibles como los procesos demonio, ya que para modificarlos se debe de recompilar el núcleo.

Interrupciones y Excepciones

El sistema UNIX permite al reloj del sistema, a los periféricos de E/S o a los terminales interrumpir a la CPU mientras se está ejecutando un proceso. Estos dispositivos usan el mecanismo de interrupciones para notificar al núcleo que se ha completado una operación de E/S o que se ha producido un cambio en su estado. Así, las interrupciones hardware son eventos asíncronos que ocurren entre la ejecución de dos instrucciones de un proceso y pueden estar asociadas a eventos totalmente ajenos a la ejecución del proceso actualmente en ejecución.Las interrupciones software o traps, se producen al ejecutar ciertas instrucciones especiales y son tratadas de forma síncrona. Son utilizadas, por ejemplo, en las llamadas al sistema, en los cambios de contexto, en tareas de baja prioridad de planificación asociadas con el reloj del sistema, etc.Las excepciones hacen referencia a la aparición de eventos síncronos inesperados, típicamente errores, causados por la ejecución de un proceso, como por ejemplo, el acceso a una dirección de memoria ilegal, el rebose de la pila de usuario, el intento de ejecución de instrucciones privilegiadas, la realización de una división por cero, etc. Las excepciones se producen durante el transcurso de la ejecución de una instrucción.Tanto las interrupciones (hardware o software) como las excepciones son tratadas en modo núcleo por determinadas rutinas del núcleo, no por procesos del núcleo.Puesto que existen diferentes eventos que pueden causar una interrupción, puede suceder que llegue una petición de interrupción mientras otra interrupción está siendo atendida. Por lo tanto es necesaria asignar a cada tipo de interrupción un determinado nivel de prioridad de interrupción (npi) o nivel de ejecución del procesador. De tal forma que las interrupciones de mayor npi tenga preferencia sobre las de menor npi. Por ejemplo, una interrupción del reloj de la máquina debe tener preferencia sobre una interrupción de un dispositivo de red, puesto que ésta última requerirá un mayor tiempo de uso de la CPU, varios tics de reloj, para ser atendida.

El npi se almacena en un campo del registro de estado del procesador. Las computadoras típicamente poseen un conjunto de instrucciones privilegiadas para comparar y configurar el npi a un determinado valor. Además el núcleo también dispone de rutinas, típicamente implementadas como macros por motivos de eficiencia, para explícitamente comprobar o configurar el npi.Cuando el núcleo se encuentra realizando ciertas actividades críticas para el correcto funcionamiento del sistema no debe atender ciertos tipos de interrupciones para evitar la corrupción de determinadas estructuras de datos. Para ello, fija el npi a un determinado valor. Así las interrupciones del mismo nivel o de niveles inferiores quedan enmascaras o bloqueadas, por lo que sólo se atenderán las interrupciones de los niveles superiores.

El número de niveles de prioridad de interrupción permitidos depende de cada distribución de UNIX. Usualmente, el menor npi es 0.

2.4  Llamadas al Sistema

En Computación, llamada al sistema o System Call, en inglés, es el mecanismo usado por un programa aplicativo para solicitar un servicio al Sistema Operativo.Las llamadas al sistema comúnmente usan una instrucción especial de la CPU que causa que el procesador transfiera el control a un código privilegiado, previamente especificado por el mismo código. Esto permite al código privilegiado especificar donde el va a ser conectado así como el estado del procesador.Cuando una llamada al sistema es invocada, la ejecución del programa que invoca es interrumpida y sus datos son guardados, normalmente en su PCB, para poder continuar ejecutándose luego. El procesador entonces comienza a ejecutar las instrucciones de código de alto nivel de privilegio, para realizar la tarea requerida. Cuando esta finaliza, se retorna al proceso original, y continúa su ejecución. El retorno al proceso demandante no obligatoriamente es inmediato, depende del tiempo de ejecución de la llamada al sistema y del algoritmo de planificación de CPU.

La implementación de las llamadas al sistema requiere un control de transferencia que involucra características específicas de la arquitectura del procesador. Una forma típica de implementar es usar una interrupción por software. Linux usa esta implementación en la arquitectura x86.Las llamadas al sistema proveen una interfaz entre los procesos y el Sistema de Operación. Por lo general estas llamadas se encuentran disponibles como instrucciones en lenguaje ensamblable. En algunos sistemas podemos realizar llamadas al sistema desde programas en lenguajes de alto nivel, en cuyo caso se asemejan a llamadas a funciones o procedimientos.

Las llamadas al sistema

Ya se ha comentado que el sistema operativo es una interfaz que oculta las peculiaridades del hardware. Para ello ofrece una serie de servicios que constituyen una máquina virtual más fácil de usar que el hardware básico. Estos servicios se solicitan mediante llamadas al sistema.La forma en que se realiza una llamada al sistema consiste en colocar una serie de parámetros en un lugar específico (como los registros del procesador), para después ejecutar una instrucción del lenguaje máquina del procesador denominada trap (en castellano, trampa). La ejecución de esta instrucción máquina hace que el hardware guarde el contador de programa y la palabra de estado del procesador (PSW, Processor Status Word) en un lugar seguro de la memoria, cargándose un nuevo contador de programa y una nueva PSW. Este nuevo contador de programa contiene una dirección de memoria donde reside una parte (un programa) del sistema operativo, el cual se encarga de llevar a cabo el servicio solicitado. Cuando el sistema operativo finaliza el servicio, coloca un código de estado en un registro para indicar si hubo éxito o fracaso, y ejecuta una instrucción return from trap, esta instrucción provoca que el hardware restituya el contador de programa y la PSW del programa que realizó la llamada al sistema, prosiguiéndose así su ejecución.Normalmente los lenguajes de alto nivel tienen una (o varias) rutinas de biblioteca por cada llamada al sistema. Dentro de estos procedimientos se aísla el código (normalmente en ensamblador) correspondiente a la carga de registros con parámetros, a la instrucción trap, y a obtener el código de estado a partir de un registro. La finalidad de estos procedimientos de biblioteca es ocultar los detalles de la llamada al sistema, ofreciendo una interfaz de llamada al procedimiento. Como una llamada al sistema depende del hardware (por ejemplo, del tipo de registros del procesador), la utilización de rutinas de biblioteca hace el código portable.El número y tipo de llamadas al sistema varía de un sistema operativo a otro. Existen, por lo general, llamadas al sistema para ejecutar ficheros que contienen programas, pedir más memoria dinámica para un programa, realizar labores de E/S (como la lectura de un carácter de un terminal), crear un directorio, etc. Ejemplos de rutinas de biblioteca que realizan llamadas al sistema en un entorno del sistema operativo C-UNIX son: read, write, malloc, exec, etc.

 2.5 ANSI C

A finales de la década de 1970, C empezó a sustituir a BASIC como lenguaje de programación de microcomputadores predominante. Durante la década de 1980 se empezó a usar en los IBM PC, lo que incrementó su popularidad significativamente. Al mismo tiempo, Bjarne Stroustrup empezó a trabajar con algunos compañeros de Bell Labs para añadir funcionalidades de programación orientada a objetos a C. El lenguaje que crearon, llamado C++, es hoy en día el lenguaje de programación de aplicaciones más común en el sistema operativo Microsoft Windows; mientras que C sigue siendo más popular en el entorno Unix. Otro lenguaje que se desarrolló en esa época, Objective C, también añadió características de programación orientada a objetos a C. Aunque hoy en día no es tan popular como C++, se usa para desarrollar aplicaciones Cocoa para Mac OS X.En 1983, el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares organizó un comité, X3j11, para establecer una especificación estándar de C. Tras un proceso largo y arduo, se completó el estándar en 1989 y se ratificó como el "Lenguaje de Programación C" ANSI X3.159-1989. Esta versión del lenguaje se conoce a menudo como ANSI C, o a veces como C89 (para distinguirla de C99).En 1990, el estándar ANSI (con algunas modificaciones menores) fue adoptado por la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) en el estándar ISO/IEC 9899:1990. Esta versión se conoce a veces como C90. No obstante, "C89" y "C90" se refieren en esencia al mismo lenguaje.Uno de los objetivos del proceso de estandarización del ANSI C fue producir una extensión al C de Kernighan y Ritchie, incorporando muchas funcionalidades no oficiales. Sin embargo, el comité de estandarización incluyó también muchas funcionalidades nuevas, como prototipos de función, y un preprocesador mejorado. También se cambió la sintaxis de la declaración de parámetros para hacerla semejante a la empleada habitualmente en C++.

ANSI C está soportado hoy en día por casi la totalidad de los compiladores. La mayoría del código C que se escribe actualmente está basado en ANSI C. Cualquier programa escrito sólo en C estándar sin código que dependa de un hardware determinado funciona correctamente en cualquier plataforma que disponga de una implementación de C compatible. Sin embargo, muchos programas han sido escritos de forma que sólo pueden compilarse en una cierta plataforma, o con un compilador concreto, esto puede ser debido a diversos motivos:* La utilización de bibliotecas no estándar, como interfaces gráficos de usuario.* El uso de compiladores que no cumplen las especificaciones del estándar.* El uso de tipos de datos suponiendo que tendrán el mismo tamaño u orden de los bits en todas las plataformas.La macro __STDC__ puede usarse para dividir el código en secciones ANSI y K&R para el compilador.

2.6  IEEE POXIS

POSIX es el acrónimo de Portable Operating System Interface; la X viene de UNIX como seña de identidad de la API. El término fue sugerido por Richard Stallman en respuesta a la demanda de la IEEE, que buscaba un nombre fácil de recordar. Una traducción aproximada del acrónimo podría ser "Interfaz para Sistemas Operativos migrables basados en UNIX".

UNIDAD III

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3. PROCESOS E HILOS

3.1 Introduccion

Qué es un Thread? ¿Qué es un Proceso? 

Un Proceso es algo que te resulta bastante familiar. Si lanzas Microsoft Word y VFP, entonces tienes dos procesos separados que están corriendo al mismo tiempo aunque sólo tengas una CPU. El sistema operativo asigna tiempo a cada uno de los procesos y pasa de uno a otro según le interesa. En un sistema multitarea no-preemptivo (un tarea es sinónimo de un proceso) tal como Windows 3.1, un proceso puede paralizar la ejecución de otro proceso, pues el sistema operativo pasa un mensaje a cada proceso y este lo interpreta, mientras un proceso interpreta un mensaje los demás procesos están detenidos. En un sistema multitarea preemptivo, la CPU realiza un reparto del tiempo de ejecución entre las intrucciones de todos procesos.Una arquitectura de aplicación basada en un sólo proceso no funciona bien en un servidor de aplicaciones Web. Un usuario con un Browser en Hawaii hace un hit en tu Web y tu servidor Web empieza a procesar la petición. Al mismo tiempo viene otro usuario de Nueva zelanda, y tiene que esperar hasta que la primera petición ha finalizado. Una posible solución a este problema es tener múltiples procesos sirviendo a estas peticiones, de forma que puedan ser respondidas de forma más o menos simultanea. Esto es lo que hacen los CGI. (cada CGI crea un nuevo proceso que crea una página y a continuación termina.) Sin embargo, esto conlleva un uso intensivo en recursos y es ineficiente.Una mejor solución es tener muchos threads (hilos) dentro de un solo proceso capaz de procesar las peticiones de la Web. Cada proceso tiene un thread principal, pero puede crear muchos threads privados para su propio uso.

 El sistema operativo no sólo es perfectamente feliz haciendo eso y saltando de un thread a otro dentro del mismo proceso sino que no asigna necesariamente un espacio de memoria a cada uno de los threats privados, mejorando considerablemente el uso de los recursos. Por esta razón los threads gozan de mucha eficiencia. La arquitectura ISAPI se basa en múltiples threads. Cada hit en la web usa uno de un pool de threads para responder a las peticiones.

3.2 Procesos

1. Definición de proceso.

Es una ejecución concreta de un programa, con un camino determinado y un valor de sus variables determinados. La unidad mínima de expedición y de asignación de recursos es el proceso.2. Estados en los que puede estar un proceso.

• Listo. Tiene todo lo necesario para ejecutarse excepto el procesador.
• Suspendido. No está en memoria principal.
• Bloqueado. Está esperando un evento.
• Bloqueado y suspendido.
• Listo y suspendido.

¿Qué es un proceso?

Instancia de un programa en ejecución, requiriendo para ello unos Recursos.

3.3 Creación de Procesos.

Elementos estructurales de un proceso.

• Propiedad de Recursos
• Memoria asignada.
• Canales y/o Dispositivos de I/O asignados.
• Archivos asignados.
• Entidad de Ejecución
• Bloque de Control del Proceso (BCP).
• Estado del Proceso.
• Traza de ejecución (Programa en ejecución y su control).
• Condiciones de trabajo en Multiprogramación
• Varios Procesos deben poder compartir recursos.
• Varios Procesos deben poder trabajar juntos en paralelo.

Un Proceso debe poder "crear" otro Proceso.

3.4 Comunicación entre Procesos.

La comunicación entre procesos, en inglés IPC (Interprocess Communication) es una función básica de los Sistemas operativos. Los procesos pueden comunicarse entre sí a través de compartir espacios de memoria, ya sean variables compartidas o buffers, o a través de las herramientas provistas por las rutinas de IPC. La IPC provee un mecanismo que permite a los procesos comunicarse y sincronizarse entre sí. Normalmente a través de un sistema de bajo nivel de paso de mensajes que ofrece la red subyacente.La comunicación se establece siguiendo una serie de reglas (protocolos de comunicación). Los protocolos desarrollados para internet son los mayormente usados: IP (capa de red), protocolo de control de transmisión (capa de transporte) y protocolo de transferencia de archivos , protocolo de transferencia de hipertexto (capa de aplicación).

Los procesos pueden estar ejecutándose en una o más computadoras conectadas a una red. Las técnicas de IPC están divididas dentro de métodos para: paso de mensajes, sincronización, memoria compartida y llamadas de procediemientos remotos (RPC).   

 El método de IPC usado puede variar dependiendo del ancho de banda y latencia (el tiempo desde el pedido de información y el comienzo del envió de la misma) de la comunicación entre procesos, y del tipo de datos que están siendo comunicados.La comunicación puede ser:

• Síncrona o asíncrona.
• Persistente (persisntent) o momentánea (transient).
• Directa o Indirecta.
• Simétrica o Asimética.
• Con uso de buffers explícito o automático.
• Envío por copia el mensaje o por referencia.
• Mensajes de tamaño fijo o variable.

Síncrona: 

Quien envía permanece bloqueado esperando a que llegue una respuesta del receptor antes de realizar cualquier otra tarea.

Asíncrona:

Quien envía continúa con su ejecución inmediatamente después de enviar el mensaje al receptor.

Persistente: 

El receptor no tiene que estar operativo al mismo tiempo que se realiza la comunicación, el mensaje se almacena tanto tiempo.

Momentánea (transient): 

El mensaje se descarta si el receptor no está operativo al tiempo que se realiza la comunicación. Por lo tanto no será entregado.

Directa: 

Las primitivas enviar y recibir explicitan el nombre del proceso con el que se comunican.

Indirecta: 

La comunicación indirecta se implementa mediante puertos, en alguna bibliografía se lo denomina buzones.

Simétrica: 

Todos los procesos pueden enviar o recibir. También llamada bidireccional para el caso de dos procesos.

Asimétrica: 

Un proceso puede enviar, los demás procesos solo reciben. También llamada unidireccional.

3.5 Hilos.

Un hilo de ejecución, en sistemas operativos, es una característica que permite a una aplicación realizar varias tareas concurrentemente. Los distintos hilos de ejecución comparten una serie de recursos tales como el espacio de memoria, los archivos abiertos, situación de autenticación, etc. Esta técnica permite simplificar el diseño de una aplicación que debe llevar a cabo distintas funciones simultáneamente.Los hilos de ejecución que comparten los mismos recursos, sumados a estos recursos, son en conjunto conocidos como un proceso. El hecho de que los hilos de ejecución de un mismo proceso compartan los recursos hace que cualquiera de estos hilos pueda modificar éstos. Cuando un hilo modifica un dato en la memoria, los otros hilos acceden a ese dato modificado inmediatamente.Lo que es propio de cada hilo es el contador de programa, la pila de ejecución y el estado de la CPU (incluyendo el valor de los registros).

El proceso sigue en ejecución mientras al menos uno de sus hilos de ejecución siga activo. Cuando el proceso finaliza, todos sus hilos de ejecución también han terminado. Asimismo en el momento en el que todos los hilos de ejecución finalizan, el proceso no existe más y todos sus recursos son liberados.Funcionalidad de los hilos.Al igual que los procesos, los hilos poseen un estado de ejecución y pueden sincronizarse entre ellos para evitar problemas de compartimiento de recursos. Generalmente, cada hilo tiene una tarea especifica y determinada, como forma de aumentar la eficiencia del uso del procesador.

Estados de un hilo. 

Los principales estados de los hilos son: Ejecución, Listo y Bloqueado. No tiene sentido asociar estados de suspensión de hilos ya que es un concepto de proceso. En todo caso, si un proceso está expulsado de la memoria principal (ram), todos sus hilos deberán estarlo ya que todos comparten el espacio de direcciones del proceso.

Cambio de estados.

Creación: Cuando se crea un proceso se crea un hilo para ese proceso. Luego, este hilo puede crear otros hilos dentro del mismo proceso, proporcionando un puntero de instrucción y los argumentos del nuevo hilo. El hilo tendrá su propio contexto y su propio espacio de pila, y pasara a la cola de listos.

Bloqueo: Cuando un hilo necesita esperar por un suceso, se bloquea (salvando sus registros de usuario, contador de programa y punteros de pila). Ahora el procesador podrá pasar a ejecutar otro hilo que esté en la cola de Listos mientras el anterior permanece bloqueado.

Desbloqueo: Cuando el suceso por el que el hilo se bloqueó se produce, el mismo pasa a la cola de Listos.

Terminación: Cuando un hilo finaliza se liberan tanto su contexto como sus pilas.

UNIDAD IV

UNIDAD IV

Publicadas por Sistemas Operativos II

4. Comunicaciones

Introdución

Aunque poca gente sabe lo que es TCP/IP todos lo emplean indirectamente y lo confunden con un solo protocolo cuando en realidad son varios, de entre los cuales destaca y es el mas importante el protocolo IP. Bajo este nombre(TCP/IP)se esconde uno de los protocolos mas usados del mundo, debido a que es el mas usado por Internet y esta muy extendido en el sistema operativo UNIX.

En el 1973 , la DARPA inició un programa de investigacion de tecnologias de comunicación entre redes de diferentes caracteristicas. El proyecto se basaba en la transmision de paquetes de información, y tenia por objetivo la interconexion de redes. De este proyecto surgieron dos redes: Una de investigacion, ARPANET, y una de uso exclusivamente militar, MILNET. Para comunicar las redes, se desarrollaron varios protocolos: El protocolo de Internet y los protocolos de control de transmision. Posteriormente estos protocolos se englobaron en el conjunto de protocolos TCP/IP.

En 1980, se incluyo en el UNIX 4.2 de BERKELEY, y fue el protocolo militar standard en 1983. Con el nacimiento en 1983 de INTERNET, este protocolo se popularizo bastante, y su destino va unido al de internet. ARPANET dejo de funcionar oficialmente en 1990.

Algunos de los motivos de su popularidad son:

• Independencia del fabricante
• Soporta multiples tecnologias
• Puede funcionar en maquinas de cualquier tamaño
• Estandar de EEUU desde 1983

La arquitectura de un sistema en TCP/IP tiene una serie de metas:

• La independencia de la tecnologia usada en la conexión a bajo nivel y la arquitectura del ordenador
• Conectividad Universal a traves de la red
• Reconocimientos de extremo a extremo
• Protocolos estandarizados

     4.1 Modelo Cliente Servidor

TCP/IP es el protocolo común utilizado por todos los ordenadores conectados a Internet, de manera que éstos puedan comunicarse entre sí. Hay que tener en cuenta que en Internet se encuentran conectados ordenadores de clases muy diferentes y con hardware y software incompatibles en muchos casos, además de todos los medios y formas posibles de conexión. Aquí se encuentra una de las grandes ventajas del TCP/IP, pues este protocolo se encargará de que la comunicación entre todos sea posible. TCP/IP es compatible con cualquier sistema operativo y con cualquier tipo de hardware.

TCP/IP no es un único protocolo, sino que es en realidad lo que se conoce con este nombre es un conjunto de protocolos que cubren los distintos niveles del modelo OSI. Los dos protocolos más importantes son el TCP (Transmission Control Protocol) y el IP (Internet Protocol), que son los que dan nombre al conjunto. La arquitectura del TCP/IP consta de cinco niveles o capas en las que se agrupan los protocolos, y que se relacionan con los niveles OSI de la siguiente manera:

• Aplicación: Se corresponde con los niveles OSI de aplicación, presentación y sesión. Aquí se incluyen protocolos destinados a proporcionar servicios, tales como correo electrónico (SMTP), transferencia de ficheros (FTP), conexión remota (TELNET) y otros más recientes como el protocolo HTTP (Hypertext Transfer Protocol).
• Transporte: Coincide con el nivel de transporte del modelo OSI. Los protocolos de este nivel, tales como TCP y UDP, se encargan de manejar los datos y proporcionar la fiabilidad necesaria en el transporte de los mismos.
• Internet: Es el nivel de red del modelo OSI. Incluye al protocolo IP, que se encarga de enviar los paquetes de información a sus destinos correspondientes. Es utilizado con esta finalidad por los protocolos del nivel de transporte.
• Físico : Análogo al nivel físico del OSI.
• Red: Es la interfaz de la red real. TCP/IP no especifíca ningún protocolo concreto, así es que corre por las interfaces conocidas, como por ejemplo: 802.2, CSMA/CD, X.25, etc.

El TCP/IP necesita funcionar sobre algún tipo de red o de medio físico que proporcione sus propios protocolos para el nivel de enlace de Internet. Por este motivo hay que tener en cuenta que los protocolos utilizados en este nivel pueden ser muy diversos y no forman parte del conjunto TCP/IP. Sin embargo, esto no debe ser problemático puesto que una de las funciones y ventajas principales del TCP/IP es proporcionar una abstracción del medio de forma que sea posible el intercambio de información entre medios diferentes y tecnologías que inicialmente son incompatibles.

Para transmitir información a través de TCP/IP, ésta debe ser dividida en unidades de menor tamaño. Esto proporciona grandes ventajas en el manejo de los datos que se transfieren y, por otro lado, esto es algo común en cualquier protocolo de comunicaciones. En TCP/IP cada una de estas unidades de información recibe el nombre de "datagrama" (datagram), y son conjuntos de datos que se envían como mensajes independientes.

PROTOCOLOS TCP/IP

• FTP (File Transfer Protocol). Se utiliza para transferencia de archivos.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). Es una aplicación para el correo electrónico.
• TELNET: Permite la conexión a una aplicación remota desde un proceso o terminal.
• RPC (Remote Procedure Call). Permite llamadas a procedimientos situados remotamente. Se utilizan las llamadas a RPC como si fuesen procedimientos locales.
• SNMP (Simple Network Management Protocol). Se trata de una aplicación para el control de la red.
• NFS (Network File System). Permite la utilización de archivos distribuidos por los programas de la red.
• X-Windows. Es un protocolo para el manejo de ventanas e interfaces de usuario.

CARACTERÍSTICAS DE TCP/IP

Ya que dentro de un sistema TCP/IP los datos transmitidos se dividen en pequeños paquetes, éstos resaltan una serie de características.

• La tarea de IP es llevar los datos a granel (los paquetes) de un sitio a otro. Las computadoras que encuentran las vías para llevar los datos de una red a otra (denominadas enrutadores) utilizan IP para trasladar los datos. En resumen IP mueve los paquetes de datos a granel, mientras TCP se encarga del flujo y asegura que los datos estén correctos.
• Las líneas de comunicación se pueden compartir entre varios usuarios. Cualquier tipo de paquete puede transmitirse al mismo tiempo, y se ordenará y combinará cuando llegue a su destino. Compare esto con la manera en que se transmite una conversación telefónica. Una vez que establece una conexión, se reservan algunos circuitos para usted, que no puede emplear en otra llamada, aun si deja esperando a su interlocutor por veinte minutos.
• Los datos no tienen que enviarse directamente entre dos computadoras. Cada paquete pasa de computadora en computadora hasta llegar a su destino. Éste, claro está, es el secreto de cómo se pueden enviar datos y mensajes entre dos computadoras aunque no estén conectadas directamente entre sí. Lo que realmente sorprende es que sólo se necesitan algunos segundos para enviar un archivo de buen tamaño de una máquina a otra, aunque estén separadas por miles de kilómetros y pese a que los datos tienen que pasar por múltiples computadoras. Una de las razones de la rapidez es que, cuando algo anda mal, sólo es necesario volver a transmitir un paquete, no todo el mensaje.
• Los paquetes no necesitan seguir la misma trayectoria. La red puede llevar cada paquete de un lugar a otro y usar la conexión más idónea que esté disponible en ese instante. No todos los paquetes de los mensajes tienen que viajar, necesariamente, por la misma ruta, ni necesariamente tienen que llegar todos al mismo tiempo.
• La flexibilidad del sistema lo hace muy confiable. Si un enlace se pierde, el sistema usa otro. Cuando usted envía un mensaje, el TCP divide los datos en paquetes, ordena éstos en secuencia, agrega cierta información para control de errores y después los lanza hacia fuera, y los distribuye. En el otro extremo, el TCP recibe los paquetes, verifica si hay errores y los vuelve a combinar para convertirlos en los datos originales. De haber error en algún punto, el programa TCP destino envía un mensaje solicitando que se vuelvan a enviar determinados paquetes.

CÓMO FUNCIONA TCP/IP

- IP:

IP a diferencia del protocolo X.25, que está orientado a conexión, es sin conexión. Está basado en la idea de los datagramas interred, los cuales son transportados transparentemente, pero no siempre con seguridad, desde el hostal fuente hasta el hostal destinatario, quizás recorriendo varias redes mientras viaja.

El protocolo IP trabaja de la siguiente manera; la capa de transporte toma los mensajes y los divide en datagramas, de hasta 64K octetos cada uno. Cada datagrama se transmite a través de la red interred, posiblemente fragmentándose en unidades más pequeñas, durante su recorrido normal. Al final, cuando todas las piezas llegan a la máquina destinataria, la capa de transporte los reensambla para así reconstruir el mensaje original.

Un datagrama IP consta de una parte de cabecera y una parte de texto. La cabecera tiene una parte fija de 20 octetos y una parte opcional de longitud variable. En la figura 1 se muestra el formato de la cabecera. El campo Versión indica a qué versión del protocolo pertenece cada uno de los datagramas. Mediante la inclusión de la versión en cada datagrama, no se excluye la posibilidad de modificar los protocolos mientras la red se encuentre en operación.

El campo Opciones se utiliza para fines de seguridad, encaminamiento fuente, informe de errores, depuración, sellado de tiempo, así como otro tipo de información. Esto, básicamente, proporciona un escape para permitir que las versiones subsiguientes de los protocolos incluyan información que actualmente no está presente en el diseño original. También, para permitir que los experimentadores trabajen con nuevas ideas y para evitar, la asignación de bits de cabecera a información que muy rara vez se necesita.

Debido a que la longitud de la cabecera no es constante, un campo de la cabecera, IHL, permite que se indique la longitud que tiene la cabecera en palabras de 32 bits. El valor mínimo es de 5. Tamaño 4 bit.

El campo Tipo de servicio le permite al hostal indicarle a la subred el tipo de servicio que desea. Es posible tener varias combinaciones con respecto a la seguridad y la velocidad.

Para voz digitalizada, por ejemplo, es más importante la entrega rápida que corregir errores de transmisión. En tanto que, para la transferencia de archivos, resulta más importante tener la transmisión fiable que entrega rápida. También, es posible tener algunas otras combinaciones, desde un tráfico rutinario, hasta una anulación instantánea. Tamaño 8 bit.

La Longitud total incluye todo lo que se encuentra en el datagrama -tanto la cabecera como los datos. La máxima longitud es de 65 536 octetos(bytes). Tamaño 16 bit.

El campo Identificación se necesita para permitir que el hostal destinatario determine a qué datagrama pertenece el fragmento recién llegado. Todos los fragmentos de un datagrama contienen el mismo valor de identificación. Tamaño 16 bits.

Enseguida viene un bit que no se utiliza, y después dos campos de 1 bit. Las letras DF quieren decir no fragmentar. Esta es una orden para que las pasarelas no fragmenten el datagrama, porque el extremo destinatario es incapaz de poner las partes juntas nuevamente. Por ejemplo, supóngase que se tiene un datagrama que se carga en un micro pequeño para su ejecución; podría marcarse con DF porque la ROM de micro espera el programa completo en un datagrama. Si el datagrama no puede pasarse a través de una red, se deberá encaminar sobre otra red, o bien, desecharse.

Las letras MF significan más fragmentos. Todos los fragmentos, con excepción del último, deberán tener ese bit puesto. Se utiliza como una verificación doble contra el campo de Longitud total, con objeto de tener seguridad de que no faltan fragmentos y que el datagrama entero se reensamble por completo.

El desplazamiento de fragmento indica el lugar del datagrama actual al cual pertenece este fragmento. En un datagrama, todos los fragmentos, con excepción del último, deberán ser un múltiplo de 8 octetos, que es la unidad elemental de fragmentación. Dado que se proporcionan 13 bits, hay un máximo de 8192 fragmentos por datagrama, dando así una longitud máxima de datagrama de 65 536 octetos, que coinciden con el campo Longitud total. Tamaño 16 bits.

El campo Tiempo de vida es un contador que se utiliza para limitar el tiempo de vida de los paquetes. Cuando se llega a cero, el paquete se destruye. La unidad de tiempo es el segundo, permitiéndose un tiempo de vida máximo de 255 segundos. Tamaño 8 bits.

Cuando la capa de red ha terminado de ensamblar un datagrama completo, necesitará saber qué hacer con él. El campoProtocolo indica, a qué proceso de transporte pertenece el datagrama. El TCP es efectivamente una posibilidad, pero en realidad hay muchas más.

Protocolo: El número utilizado en este campo sirve para indicar a qué protocolo pertenece el datagrama que se encuentra a continuación de la cabecera IP, de manera que pueda ser tratado correctamente cuando llegue a su destino. Tamaño: 8 bit.

El código de redundancia de la cabecera es necesario para verificar que los datos contenidos en la cabecera IP son correctos. Por razones de eficiencia este campo no puede utilizarse para comprobar los datos incluidos a continuación, sino que estos datos de usuario se comprobarán posteriormente a partir del código de redundancia de la cabecera siguiente, y que corresponde al nivel de transporte. Este campo debe calcularse de nuevo cuando cambia alguna opción de la cabecera, como puede ser el tiempo de vida. Tamaño: 16 bit

La Dirección de origen contiene la dirección del host que envía el paquete. Tamaño: 32 bit.

La Dirección de destino: Esta dirección es la del host que recibirá la información. Los routers o gateways intermedios deben conocerla para dirigir correctamente el paquete. Tamaño: 32 bit.

      4.2  Arquitectura Cliente/Servidor

Con la proliferación de ordenadores personales de bajo coste en el mercado, los recursos de sistemas de información existentes en cualquier organización se pueden distribuir entre ordenadores de diferentes tipos: ordenadores personales de gama baja, media y alta, estaciones de trabajo, miniordenadores o incluso grandes ordenadores.

El concepto de cliente/servidor proporciona una forma eficiente de utilizar todos estos recursos de máquina de tal forma que la seguridad y fiabilidad que proporcionan los entornos mainframe se traspasa a la red de área local. A esto hay que añadir la ventaja de la potencia y simplicidad de los ordenadores personales.

La arquitectura cliente/servidor es un modelo para el desarrollo de sistemas de información en el que las transacciones se dividen en procesos independientes que cooperan entre sí para intercambiar información, servicios o recursos. Se denomina cliente al proceso que inicia el diálogo o solicita los recursos y servidor al proceso que responde a las solicitudes.En este modelo las aplicaciones se dividen de forma que el servidor contiene la parte que debe ser compartida por varios usuarios, y en el cliente permanece sólo lo particular de cada usuario.

Los clientes realizan generalmente funciones como:

   - Manejo de la interfaz de usuario.

   - Captura y validación de los datos de entrada.

   - Generación de consultas e informes sobre las bases de datos.

  - Por su parte los servidores realizan, entre otras, las siguientes funciones:

  - Gestión de periféricos compartidos.

  - Control de accesos concurrentes a bases de datos compartidas.

 - Enlaces de comunicaciones con otras redes de área local o extensa.

Siempre que un cliente requiere un servicio lo solicita al servidor correspondiente y éste le responde proporcionándolo. Normalmente, pero no necesariamente, el cliente y el servidor están ubicados en distintos procesadores. Los clientes se suelen situar en ordenadores personales y/o estaciones de trabajo y los servidores en procesadores departamentales o de grupo.

Entre las principales características de la arquitectura cliente/servidor se pueden destacar las siguientes:

El servidor presenta a todos sus clientes una interfaz única y bien definida.

El cliente no necesita conocer la lógica del servidor, sólo su interfaz externa.

El cliente no depende de la ubicación física del servidor, ni del tipo de equipo físico en el que se encuentra, ni de su sistema operativo.

Los cambios en el servidor implican pocos o ningún cambio en el cliente.

     4.3 Sockets

Los sockets proporcionan una comunicación de dos vías, punto a punto entre dos procesos. 

Los sockets son muy versátiles y son un componente básico de comunicación entre interprocesos e intersistemas. Un socket es un punto final de comunicación al cual se puede asociar un nombre. Este tiene un tipo y uno o más procesos asociados.Los sockets existen en los dominios de comunicación. 

Un socket de dominio es una representación que da una estructura de direccionamiento y un conjunto de protocolos. Los sockets se conectan solamente con sockets en el mismo dominio. Veintitrés dominios de sockets son identificados (ver ), de los cuales solamente los dominios de UNIX e Internet son normalmente sockets de Linux usados para comunicarse entre procesos en un sólo sistema, como otras formas de comunicación entre procesos.El dominio de UNIX da un espacio de direcciones de socket en un sistema. 

Los sockets de dominio de UNIX son nombrados con las rutas de UNIX. Los sockets pueden también ser usados para comunicar procesos entre diferentes sistemas. El espacio de direcciones del socket entre los sistemas conectados es llamado el dominio de Internet.La comunicación del dominio de Internet usa la suite del protocolo de Internet TCP/IP.Los tipos de socket definen las propiedades de comunicación visibles para la aplicación. Los procesos se comunican solamente entre los sockets del mismo tipo. 

Existen cinco tipos de sockets.

1.Socket de flujo, da un flujo de datos de dos vías, confiable, y sin duplicados sin límites de grabación. El flujo opera en forma parecida a una conversación telefónica. El tipo del socket es SOCK_STREAM, el cual en el dominio de Internet usa TCP (Transmission Control Protocol).

2.Socket de datagrama, soporta un flujo de mensajes de dos vías. En un socket de datagrama podría recibir mensajes en diferente orden de la secuencia de la cual los mensajes fueron envíados. 

Los límites de grabación en los datos son preservados. Los sockets de datagrama operan parecidos a pasar cartas hacia adelante y hacia atrás en el correo. El tipo de socket es SOCK_DGRAM, el cual en el dominio de internet usa UDP (User Datagram Protocol).

3.Socket de paquete secuencial, da una conexión de dos vías, secuencial y confiable para datagramas de una longitud fija máxima. El tipo de socket es SOCK_SEQPACKET. No hay protocolo implementado para este tipo de cualquier familia de protocolos.

4.raw socket, da acceso a los protocolos de comunicación subyacente.

Los sockets son usualmente datagramas orientados, pero sus características exactas dependen de la interfaz dada por el protocolo.

     4.4 Comunicación Orientada a conexión y sin conexión

En una operación de transporte confiable donde un dispositivo quiere enviar una comunicación orientada a conexión, se debe comunicar con el dispositivo remoto para establecer una sesión. Este proceso se llama establecimiento de llamada (call set up o three-way handshake). Se transmiten los datos y entonces se hace una terminación de llamada para desprenderse del circuito virtual.Las aplicaciones en ambas terminales le dicen a sus sistemas operativos que se va a iniciar una conexión. Los sistemas operativos se comunican enviando mensajes que dicen que la comunicación es aprobada y ambos lados están listos.

Mientras se lleva a cabo la transferencia, ambos hosts se comunican entre ellos periódicamente con sus protocolos para asegurar que todo funciona bien y se reciben los datos correctamente.

Los pasos del three-way handshake son:Se envía un segmento de acuerdo de conexión que es una petición de sincronización.Los segmentos segundo y tercero responden la petición (acknowledge o ACK) y establecen los parámetros de conexión o reglas entre los hosts. Entonces el receptor se sincroniza y se forma una conexión bidireccional.

El último segmento es un acknowledge también que le dice al host de destino que se acepta el acuerdo de conexión, y que la conexión actual se ha establecido, se comienza a transferir datos.Se pueden presentar problemas en este proceso, por ejemplo cuando una computadora genera datos más rápido de lo que la red puede efectuar la transferencia, o porque varias computadoras envían sus segmentos al gateway para que sean enviados a un destino y se crean congestiones.

En los casos donde una computadora recibe demasiados segmentos que no puede procesar, los almacena en una parte de su memoria llamada buffer. Esto ayuda sólo si los datagramas son parte de una ráfaga pequeña, en caso de que se trate de una serie de datos más grande que el buffer, este se verá rebasado y comenzará a descartar los datos que recibe.Pero una de las funciones de la los sistemas de control de la red ayuda aquí, en lugar de tirar el tráfico, los protocolos de transporte pueden decir no estoy listo, con lo que el transmisor se detiene en espera de una indicación para continuar, es un proceso similar a contar con un semáforo, con señales de alto y avance. 

Una vez que se procesa la información en el buffer, se envía un segmento al transmisor indicándole que puede enviar más información, y se comienza nuevamente con el envío.

Es importante notar que en una transferencia de datos orientada a conexión, los datagramas se reciben en el orden en que se envían, y si no es así, la comunicación falla. También si se pierde, se duplica o se daña un datagrama.

Debido a esta razón se usa un acuse de recibo (acknowledge o ACK) que el receptor envía cada que recibe un segmento como confirmación.

Un servicio se considera orientado a conexión si cuenta con lo siguiente:- Se establece un circuito virtual- Se usa una secuencia- Usa acuses de recibo (acknowledge)- Usa control de flujo (Flow Control)Los tipos de control de flujo son:

         Buffering, Windowwing, Congestion Avoidance

     4.5 Atención de múltiples conexiones

La invención se relaciona con el campo técnico de redes domésticas. Una red doméstica basada en el estándar actual UPnp permite que se establezcan conexiones AV entre dos estaciones de suscriptores a la red-conexiones de red tales como aquellas que se establecen y administran bajo el control de una estación de red la cual están en forma de un punto de control. 

En este caso, el estándar UPnP permite que la estación de red la cual está en forma de un punto de control para suspender interacción en línea de la red después del establecimiento de una conexión AV, y de esta manera para permanecer inactivo mientras la conexión AV que se ha establecido existe.

Esto resulta en el problema de que una conexión AV la cual ha sido establecida innecesariamente permanece existiendo incluso después de que se ha transmitido la corriente de datos AV deseada, de manera que una solicitud de conexión adicional para tales estaciones debe contestarse con un rechazo.

La invención resuelve este problema en la medida en que proporciona un medio de monitoreo adicional en las estaciones suscriptoras de la red las cuales determinan si una conexión ha permanecido sin uso por un tiempo específico. En caso afirmativo, se envía una solicitud de señalización a todas las estaciones suscriptoras de la red. 

Si la estación asociada de conexión no responde en ese momento, la conexión la cual ha sido establecido de igual manera puede ser agregada de manera autónoma a la estación solicitante.