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8. CASO DE ESTUDIO: UNIX

                                                          

Unix es uno de los sistemas operativos más ampliamente usados en computadoras que varían desde las personales hasta las macro. Existen versiones para máquinas uniprocesador hasta multiprocesadores. Debido a su historia, que evoluciona en los Laboratorios Bell de AT&T con un simulador de un viaje espacial en el sistema solar, pasando por su expansión en universidades y la creación de las versiones más importantes que son la de la Universidad de Berkeley y el Sistema V de la misma AT&T.

8.1 Estandarización de UNIX

Debido a las múltiples versiones en el mercado de UNIX, se comenzaron a publicar estándares para que todas la s versiones fuesen 'compatibles'. La primera de ellas la lanzó AT&T llamada SVID (System V Interface Definition) que defininía cómo deberían ser las llamadas al sistema, el formato de los archivos y muchas cosas más, pero la otra versión importante, la de Bekeley (Berkeley Software Distribution o BSD) simplemente la ignoró. Después la IEEE usó un algoritmo consistente en revisar las llamadas al sistema de ambas versiones (System V y BSD) y aquellas que eran iguales las definió como estándares surgiendo así la definición 'Portable Operating System for UNIX' o POSIX, que tuvo buen éxito y que varios fabricantes adoptaron rápidamente. El estándard de POSIX se llama 1003.1 Posteriormente los institutos ANSI e ISO se interesaron en estandarizar el lenguaje 'C' y conjuntamente se publicaron definiciones estándares para otras áreas del sistema operativo como la interconectividad, el intérprete de comandos y otras. En la tabla 8.1 se muestran las definiciones de POSIX. [Tan92].

		Estándard		Descripción
                           
                           		1003.0		Introducción y repaso.
                           		1003.1		Llamadas al sistema.
                           		1003.2		Intérprete y comandos.
                           		1003.3		Métodos de prueba.
                           		1003.4		Extensiones para tiempo real.
                           		1003.5		Lenguaje Ada.
                           		1003.6		Extensiones para la seguridad
                           		1003.7		Administración del Sistema.
                           		1003.8		Acceso transparente a archivos.
                           		1003.9		Lenguaje Fortran.
                           		1003.10		Supercómputo.
                           
                           			Tabla 8.1  Los Estándares de POSIX
                           
                           

Al momento del auge de los estándares de POSIX desgraciadamente se formó un grupo de fabricantes de computadoras (IBM, DEC y Hewlett-Packard) que lanzaron su propia versión de UNIX llamada OSF/1 (de Open Software Fundation). Lo bueno fue que su versión tenía como objetivo cumplir con todas los estándares del IEEE, además de un sistema de ventanas (el X11), una interfaz amigable para los usuarios (MOTIF) y las definiciones para cómputo distribuido (DCE) y administración distribuida (DME). La idea de ofrecer una interfaz amigable en UNIX no fue original de OSF, ya en la versión 3.5 de SunOS de Sun Microsystems se ofrecía una interfaz amigable y un conjunto de librerías para crear aplicaciones con interfaz gráfica técnicamente eficiente y poderosa llamada SunWindows o SunVIEW. Esta interfaz junto con sus librerías estaban evolucionando desde la versión para máquinas aisladas hacia una versión en red, donde las aplicaciones podían estarse ejecutando en un nodo de la red y los resultados gráficos verlos en otro nodo de la red, pero Sun tardó tanto en liberarlo que le dio tiempo al MIT de lanzar el X11 y ganarle en popularidad.

AT&T formó, junto con Sun Microsystems y otras compañias UNIX International y su versión de UNIX, provocando así que ahora se manejen esas dos corrientes principales en UNIX.

8.2 Filosofía de UNIX

Las ideas principales de UNIX fueron derivadas del proyecto MULTICS (Multiplexed Information and Computing Service) del MIT y de General Electric. Estas ideas son:
  • Todo se maneja como cadena de bytes: Los dispositivos periféricos, los archivos y los comandos pueden verse como secuencias de bytes o como entes que las producen. Por ejemplo, para usar una terminal en UNIX se hace a través de un archivo (generalmente en el directorio /dev y con nombre ttyX).
  • Manejo de tres descriptores estándares: Todo comando posee tres descriptores por omisión llamados 'stdin', 'stdout' y 'stderr', los cuales son los lugares de donde se leen los datos de trabajo, donde se envían los resultados y en donde se envían los errores, respectivamente. El 'stdin' es el teclado, el 'stdout' y el 'stderr' son la pantalla por omisión (default).
  • Capacidades de 'entubar' y 'redireccionar': El 'stdin', 'stdout' y el 'stderr' pueden usarse para cambiar el lugar de donde se leen los datos, donde se envían los resultados y donde se envían los errores, respectivamente. A nivel comandos, el símbolo de 'mayor que' (>) sirve para enviar los resultados de un comando a un archivo. Por ejemplo, en UNIX el comando 'ls' lista los archivos del directorio actual (es lo mismo que 'dir' en DOS). Si en vez de ver los nombres de archivos en la pantalla se quieren guardar en el archivo 'listado', el redireccionamiento es útil y el comando para hacer la tarea anterior es 'ls > listado'. Si lo que se desea es enviar a imprimir esos nombres, el 'entubamiento' es útil y el comando sería 'ls | lpr', donde el símbolo "|" ( pipe) es el entubamiento y 'lpr' es el comando para imprimir en UNIX BSD.
  • Crear sistemas grandes a partir de módulos: Cada instrucción en UNIX está diseñada para poderse usar con 'pipes' o 'redireccionamiento', de manera que se pueden crear sistemas complejos a través del uso de comandos simples y elegantes. Un ejemplo sencillo de esto es el siguiente. Suponga que se tienen cuatro comandos separados A,B,C y D cuyas funcionalidades son:

    A: lee matrices checando tipos de datos y formato.

    B: recibe matrices, las invierte y arroja el resultado en forma matricial.

    C: recibe una matriz y le pone encabezados 'bonitos'

    D: manda a la impresora una matriz cuidando el salto de página, etc.

    Como se ve, cada módulo hace una actividad específica, si lo que se quiere es un pequeño sistema que lea un sistema de ecuaciones y como resultado se tenga un listado 'bonito', simplemente se usa el entubamiento para leer con el módulo A la matriz, que su resultado lo reciba el B para obtener la solución, luego esa solución la reciba el módulo C para que le ponga los encabezados 'bonitos' y finalmente eso lo tome el módulo D y lo imprima, el comando completo sería ' A | B | C | D '. ø Fácil no ?

8.3 Sistema de Archivos en UNIX

El sistema de archivos de UNIX, desde el punto de vista del usuario, tiene una organización jerárquica o de árbol invertido que parte de una raíz conocida como "/" (diagonal). Es una diagonal al revés que la usada en DOS. Internamente se usa un sistema de direccionamiento de archivos de varios niveles, cuya estructura más primitiva se le llama 'information node' (i-node) cuya explicación va más allá de este trabajo. El sistema de archivos de UNIX ofreceun poderoso conjunto de comandos y llamadas al sistema. En la tabla 8.2 se muestran los comandos más útiles para el manejo de archivos en UNIX vs. VMS.

Comando en UNIX   Comando en VMS               Utilidad
                           
                           rm                  delete                      borra archivos
                           cpb                 copy                        copia archivos
                           mv                  rename                      renombra archivos
                           ls                  dir                         lista directorio
                           mkdir               create/directory            crea un directorio
                           rmdir               delete                      borra directorio
                           ln                   -                          crea una 'liga simbolica'
                           chmod               set protection              maneja los permisos
                           chown               set uic                     cambia de dueño
                           
                           
Tabla 8.2 Manejo de Archivos en UNIX y VMS

La protección de archivos en UNIX se maneja por medio de una cadena de permisos de nueve caracteres. Los nueve caracteres se dividen en tres grupos de tres caracteres cada uno.

			RWX     RWX     RWX
                           
                           			1         2          3
                           
El primer grupo (1) especifica los permisos del dueño del archivo. El segundo grupo especifica los permisos para aquellos usuarios que pertenecen al mismo grupo de trabajo que el dueño y finalmente el tercer grupo indica los permisos para el resto del mundo. En cada grupo de tres caracteres pueden aparecer las letras RWX en ese orden indicando permiso de leer (READ), escribir (WRITE) y ejecutar (EXECUTE). Por ejemplo, la cadena completa RWXR-XR-- indica que el dueño tiene los tres permisos (READ,,WRITE,EXECUTE), los miembros de su grupo de trabajo tienen permisos de leer y ejecutar (READ,EXECUTE) y el resto del mundo sólo tienen permiso de leer (READ). Las llamadas al sistema más útiles en UNIX son 'open', 'close' e 'ioctl'. Sirven para abrir, cerrar archivos; y establecer las características de trabajo. Por ejemplo, ya que en UNIX las terminales se accesan a través de archivos especiales, el 'ioctl' (input output control) sirve para establecer la velocidad, paridad, etc; de la terminal.

El núcleo de UNIX

El núcleo de UNIX (kernel) se clasifica como de tipo monolítico, pero en él se pueden encontrar dos partes principales [Tan92]: el núcleo dependiente de la máquina y el núcleo independiente. El núcleo dependiente se encarga de las interrupciones, los manejadores de dispositivos de bajo nivel (lower half) y parte del manejo de la memoria. El núcleo independiente es igual en todas las plataformas e incluye el manejo de llamadas del sistema, la planificación de procesos, el entubamiento, el manejo de sentilde;ales, la paginación e intercambio, el manejo de discos y del sistema de archivos.

8.5 Los procesos en UNIX

El manejo de procesos en UNIX es por prioridad y round robin. En algunas versiones se maneja también un ajuste dinámico de la prioridad de acuerdo al tiempo que los procesos han esperado y al tiempo que ya han usado el CPU. El sistema provee facilidades para crear 'pipes' entre procesos, contabilizar el uso de CPU por proceso y una pila común para todos los procesos cuando necesitan estarse ejecutando en modo privilegiado (cuando hicieron una llamada al sistema). UNIX permite que un proceso haga una copia de sí mismo por medio de la llamada 'fork', lo cual es muy útil cuando se realizan trabajos paralelos o concurrentes; también se proveen facilidades para el envío de mensajes entre procesos. Recientemente Sun Microsystems, AT&T, IBM, Hewlett Packard y otros fabricantes de computadoras llegaron a un acuerdo para usar un paquete llamado ToolTalk para crear aplicaciones que usen un mismo método de intercambio de mensajes.

8.6 El manejo de memoria en UNIX

Los primeros sistema con UNIX nacieron en máquinas cuyo espacio de direcciones era muy pequeño (por ejemplo 64 kilobytes) y tenían un manejo de memoria real algo complejo. Actualmente todos los sistemas UNIX utilizan el manejo de memoria virtual siendo el esquema más usado la paginación por demanda y combinación de segmentos paginados, en ambos casos con páginas de tamaño fijo. En todos los sistemas UNIX se usa una partición de disco duro para el área de intercambio. Esa área se reserva al tiempo de instalación del sistema operativo. Una regla muy difundida entre administradores de sistemas es asignar una partición de disco duro que sea al menos el doble de la cantidad de memoria real de la computadora. Con esta regla se permite que se puedan intercambiar flexiblemente todos los procesos que estén en memoria RAM en un momento dado por otros que estén en el disco. Todos los procesos que forman parte del kernel no pueden ser intercambiados a disco. Algunos sistemas operativos (como SunOS) permiten incrementar el espacio de intercambio incluso mientras el sistema está en uso (en el caso de SunOS con el comando 'swapon'). También es muy importante que al momento de decidirse por un sistema operativo se pregunte por esa facilidad de incrementar el espacio de intercambio, así como la facilidad de añadir módulos de memoria RAM a la computadora sin necesidad de reconfigurar el núcleo.

8.7 El manejo de entrada/salida en UNIX

Derivado de la filosofía de manejar todo como flujo de bytes, los dispositivos son considerados como archivos que se accesan mediante descriptores de archivos cuyos nombres se encuentran generalmente en el directorio '/dev'. Cada proceso en UNIX mantiene una tabla de archivos abiertos (donde el archivo puede ser cualquier dispositivo de entrada/salida). Esa tabla tiene entradas que corresponden a los descriptores, los cuales son números enteros [Deitel93] obtenidos por medio de la llamada a la llamada del sistema 'open'. En la tabla 8.3 se muestran las llamadas más usuales para realizar entrada/salida.
Llamada	
                                    	Función		
                           
                           open              Obtener un descriptor entero.
                           close             Terminar las operaciones sobre el archivo
                           lseek             Posicionar la entrada/salida.
                           read,write        Leer o escribir al archivo (dispositivo)
                           ioctl             Establecer el modo de trabajo del dispositivo
                           
                                     Tabla 8.3   Llamadas al sistema de entrada/salida
                           

En UNIX es posible ejecutar llamadas al sistema de entrada/salida de dos formas: síncrona y asíncrona. El modo síncrono es el modo normal de trabajo y consiste en hacer peticiones de lectura o escritura que hacen que el originador tenga que esperar a que el sistema le responda, es decir, que le de los datos deseados. A veces se requiere que un mismo proceso sea capaz de supervisar el estado de varios dispositivos y tomar ciertas decisiones dependiendo de si existen datos o no. En este caso se requiere una forma de trabajo asíncrona. Para este tipo de situaciones existen las llamadas a las rutinas 'select' y 'poll' que permiten saber el estado de un conjunto de descriptores.

Profesor: Fernando Guerrero T.
Consultas (mensajes) al : 08-3619056