Un sistema operativo es una capa de software que se ejecuta sobre el hardware para ofrecer una serie de servicios. Cada vez las funcionalidades de un sistema operativo incluyen más tareas y abarcan más servicios. El objetivo de la asignatura es analizar un sistema operativo en todas sus partes y, de este modo, dotar al estudiante de conocimientos sobre uno de los componentes más importantes de los sistemas informáticos actuales. En esta asignatura se profundizará en los conceptos fundamentales del sistema operativo, dejando para otras materias los detalles y especificaciones de otros módulos que lo componen.
Desde el punto de vista práctico, se realizan prácticas que implementan diversas funcionalidades, políticas o técnicas de un sistema operativo. Además, se introducen numerosos ejemplos que ayudan al estudiante a profundizar en todos aquellos aspectos tratados desde el punto de vista teórico y le permiten ver su aplicación.
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Conceptos de programación (algorítmica y estructuras de datos) y conceptos básicos de utilización de un sistema operativo.
Los estudiantes que cursan la asignatura de Sistemas Operativos deben adquirir los conocimientos y desarrollar las habilidades que se indican a continuación:
- Comprender las funcionalidades de un sistema operativo, su estructura y sus relaciones con el resto del sistema informático
- Conocer los conceptos, técnicas y terminología asociada al desarrollo y creación de un sistema operativo en cada una de sus diferentes capas.
- Saber aplicar estas técnicas desarrollando software que las implemente.
- Saber expresarse de manera correcta utilizando la terminología adecuada tanto de forma oral como escrita.
- Saber desarrollar software de forma modular y bien documentada.
- Saber resolver problemas asociados al ámbito que nos ocupa, tanto de manera individual como colectiva.
Durante el curso académico se desarrollarán los siguientes contenidos:
CONTENIDOS CONCEPTUALES
Tema 1. Introducción a los Sistemas Operativos
- Introducción a los ordenadores
Componentes básicos
- Ejecución de instrucciones
- Interrupciones
- Múltiples interrupciones
- Multiprogramación
- Ubicación del Sistema Operativo en el sistema informático
- Funciones de los sistemas operativos
- Evolución histórica de los sistemas operativos
- Componentes de un sistema operativo
Tema 2. El núcleo del Sistema Operativo
- Descripción
- Esquema del núcleo
- Representación de los procesos: PCB (Process Control Block)
- Controlador de la interrupción: FLIH (First Level Interrupt Handler)
- El Dispatcher
- Mecanismos de comunicación, sincronización y exclusión mutua
- Clasificación de los kernels
- Núcleos de sistemas operativos contemporáneos
Tema 3. Planificación
- Introducción
- Criterios de planificación
- Algoritmos de planificación básicos en monoprocesador
FCFS (First Come First Served)
- SJF (SPN, SRT)
- Por prioridades
- Round Robin (turno rotatorio)
- HRRN (Highest Response Ratio Next)
- Algoritmos de planificación en colas
Planificación en colas multinivel
- Planificación en colas multinivel con realimentación
- Planificación con procesadores múltiples
- Planificación en tiempo real
- Ejemplos de implementación
Tema 4. Mecanismos de comunicación, sincronización y exclusión mutua
- El problema de la exclusión mutua y el deadlock
Ejemplo Productores–Consumidores
- Postulados de Dijkstra
- Conceptos asociados: starvation, deadlock, fairness
- Deadlock
- Grafos de precedencia
- Soluciones hardware
- Soluciones software
- Comunicación entre procesos
Pipes
- Paso de mensajes en C
- Sockets
- Memoria compartida
- Herramientas de exclusión mutua y sincronización
Semáforos
- Implementación
- Utilización
- Semáforos en C
- Monitores
CONTENIDOS PRÁCTICOS
Tema 5. Llamadas al sistema
- Entorno de trabajo
- File descriptors
- Señales
- Fork, exec
- Threads
- Sockets
- Pipes
- Select
- Memoria compartida
- Colas de mensajes
- Semáforos
La asignatura combina explicación teórica y trabajo práctico con el objetivo de facilitar una comprensión progresiva y aplicada de los conceptos. Semanalmente se realizan dos sesiones lectivas. En la primera sesión se introducen nuevos contenidos y herramientas mediante explicaciones magistrales, que se complementan con ejemplos y problemas para fomentar la participación activa del alumnado y la conexión entre los diferentes temas del temario.
En la segunda sesión se lleva a cabo una actividad de laboratorio en la que el estudiante debe diseñar e implementar soluciones prácticas utilizando las técnicas presentadas previamente, especialmente en el contexto de la programación en lenguaje C en sistemas UNIX y el uso de llamadas al sistema. A lo largo del curso se proponen ejercicios adicionales para resolver de manera individual o en equipo fuera del aula, que posteriormente se revisan total o parcialmente en sesiones posteriores.
Finalmente, la asignatura incluye una práctica de mayor alcance, estructurada en diversas fases, que permite integrar y aplicar de manera global los conocimientos y competencias adquiridos.
Los métodos utilizados para evaluar la asignatura son:
- A. Exámenes
- C. Exámenes tipo test
- D. Ejercicios realizados en casa
- F. Informes o trabajos en grupo
- G. Trabajos prácticos con ordenador
- J. Participación en clase
- M. Otros (entrevistas individuales de validación)
La asignatura consta de dos partes diferenciadas: conocimientos y práctica, que se evalúan de manera independiente.
Para aprobar la asignatura es necesario superar ambas partes.
La nota final se calcula según:
Nota_Final = 50% · Conocimientos + 50% · Práctica
Evaluación de conocimientos
La nota de conocimientos se calcula como:
Conocimientos = 70% · Nota_Ex + 30% · Nota_Lab
donde:
Nota_Ex = 80% · Ex_Final + 20% · Ex_Midterm
Para aplicar esta fórmula es necesario obtener una calificación mínima de 5 en cada examen.
Si el Midterm no se aprueba en la convocatoria ordinaria, puede recuperarse en la segunda convocatoria.
También existe un examen final de recuperación.
La nota de laboratorio tiene función de evaluación continua y solo pondera en la primera convocatoria.
En la segunda convocatoria:
Conocimientos = Nota_Ex
Liberación del examen final
El estudiante puede liberar el examen final si cumple:
- Práctica entregada satisfactoriamente antes de la primera convocatoria
- Asistencia y calificación de laboratorio ≥ 4
- Nota de Midterm ≥ 5
- Asistencia y participación en clase
En este caso:
Nota_liberación = (55% · Práctica + 30% · Nota_Lab + 15% · Ex_Midterm) · Nota_Participación
Los criterios de evaluación de la asignatura se definen a partir de los resultados de aprendizaje establecidos y permiten verificar el grado de consecución de los conocimientos y competencias previstos.
RA.10. Conceptos básicos de los sistemas operativos. El estudiante debe ser capaz de:
- identificar y describir los conceptos fundamentales asociados a los sistemas operativos, su estructura y su papel dentro del sistema informático [A, C, J]
- utilizar correctamente la terminología propia de la asignatura en contextos teóricos y prácticos [A, C, J]
- resolver cuestiones conceptuales relacionadas con los contenidos básicos de la asignatura [A, C]
RA.11. Conocimiento de los diferentes componentes o subsistemas de un sistema operativo y de las técnicas o estrategias que se aplican en cada uno de ellos. El estudiante debe ser capaz de:
- describir la estructura básica de un sistema operativo y el funcionamiento de sus principales componentes [A, C]
- analizar mecanismos relacionados con procesos, interrupciones, planificación y gestión de recursos [A, C, D]
- comparar y justificar el uso de diferentes técnicas y estrategias aplicadas a los subsistemas de un sistema operativo [A, D, J]
- interpretar problemas y casos prácticos relacionados con el comportamiento y la organización interna del sistema operativo [A, D, G]
RA.12. Identificación, formulación y resolución de problemas con procesos concurrentes que requieren un sistema de integridad de datos compartidos. El estudiante debe ser capaz de:
- identificar situaciones de concurrencia y los problemas asociados, como exclusión mutua, deadlock, starvation o fairness [A, C, D]
- formular y resolver problemas de sincronización y comunicación entre procesos utilizando las técnicas adecuadas [A, D, G]
- seleccionar y aplicar correctamente mecanismos como semáforos, memoria compartida, pipes, colas de mensajes o sockets en función del problema planteado [A, D, G]
- justificar las decisiones adoptadas en la resolución de problemas concurrentes [A, G, M]
RA.13. Diseño e implementación de aplicaciones multiproceso que impliquen compartición de información y comunicación entre procesos. El estudiante debe ser capaz de:
- diseñar e implementar programas en lenguaje C sobre sistemas UNIX que utilicen llamadas al sistema y mecanismos de comunicación y sincronización [G, D]
- desarrollar soluciones modulares, correctamente estructuradas y documentadas [F, G]
- elaborar memorias técnicas que describan adecuadamente el diseño, la implementación y el funcionamiento de las soluciones desarrolladas [F]
- defender oralmente las decisiones de diseño y demostrar un conocimiento suficiente del funcionamiento del programa implementado [M]
- trabajar de manera individual o colaborativa en el desarrollo de soluciones prácticas [F, G, M]
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