Núcleo de los Sistemas Operativos

Funciones de un núcleo

El núcleo del sistema operativo, también llamado kernel (núcleo en alemán) es aquella parte de un sistema operativo que interactúa de forma directa con el hardware de una máquina. Entre las funciones principales del kernel se encuentran:

·         La gestión de memoria.

·         La administración del sistema de archivos.

·         La administración de servicios de entrada/salida.

·         La asignación de recursos entre los usuarios.

Recopilación de los requerimientos funcionales

Los requerimientos funcionales son declaraciones de los servicios que proveerá el sistema, de la manera en que éste reaccionará a entradas particulares. En algunos casos, los requerimientos funcionales de los sistemas también declaran explícitamente lo que el sistema no debe hacer.

Muchos de los problemas de la ingeniería de software provienen de la imprecisión en la especificación de requerimientos. Para un desarrollador de sistemas es natural dar interpretaciones de un requerimiento ambiguo con el fin de simplificar su implementación. Sin embargo, a menudo no es lo que el cliente desea. Se tienen que estipular nuevos requerimientos y se deben hacer cambios al sistema, retrasando la entrega de éste e incrementando el costo.

En principio, la especificación de requerimientos funcionales de un sistema debe estar completa y ser consistente. La compleción significa que todos los servicios solicitados por el usuario están definidos. La consistencia significa que los requerimientos no tienen definiciones contradictorias.

En la práctica, para sistemas grandes y complejos, es imposible cumplir los requerimientos de consistencia y compleción. La razón de esto se debe parcialmente a la complejidad inherente del sistema y parcialmente a que los diferentes puntos de vista tienen necesidades inconsistentes. Estas inconsistencias son obvias cuando los requerimientos se especifican por primera vez. Los problemas emergen después de un análisis profundo. Una vez que éstos se hayan descubierto en las diferentes revisiones o en las fases posteriores del ciclo de vida, se deben corregir en el documento de requerimientos.

Diagrama de Estados de los Procesos

Consideramos que todo proceso puede estar, como mínimo, en uno de los siguientes tres estados:

·         Activo: el proceso está empleando la CPU, por tanto, está ejecutándose. Puede haber tantos procesos activos como procesadores haya disponibles. Por tanto, si el sistema dispone de un único procesador, únicamente puede haber un proceso activo a la vez.

·         Preparado: el proceso no está ejecutándose, pero es candidato a pasar a estado activo. Es el planificador el que, en base a un criterio de planificación, decide qué proceso selecciona de la lista de procesos preparados para pasar a estado activo.

·         Bloqueado: el proceso está pendiente de un evento externo que le ha hecho bloquear, tales como una operación de lectura/escritura, la espera de finalización de un proceso hijo, una señal o una operación sobre un semáforo. El dispositivo/hecho externo "avisa" al S.O. cuando ha terminado la acción que

·         realizaba mediante una INTERRUPCIÓN, dejando el S.O. lo que está haciendo para atender a esta última. Tras esto, el S.O. comprueba cuales son los procesos que fueron bloqueados por ese evento externo, cambiándolos al estado de preparado.

La transición de activo a preparado y viceversa depende de decisiones tomadas por el planificador del sistema operativo en base a un cierto criterio. La transición de activo a bloqueado, y de bloqueado a preparado puede inducirlas el programador mediante llamadas al sistema.

Gestión de Interrupciones

En el contexto de la informática, una interrupción (del inglés interrupt request, en español «petición de interrupción») es una señal recibida por el  procesador de una computadora, para indicarle que debe «interrumpir» el curso de ejecución actual y pasar a ejecutar código específico para tratar esta situación.

Una interrupción es una suspensión temporal de la ejecución de un proceso, para pasar a ejecutar una subrutina de servicio de interrupción, la cual, por lo general, no forma parte del programa, sino que pertenece al sistema operativo o al BIOS. Una vez finalizada dicha subrutina, se reanuda la ejecución del programa.

Las interrupciones son generadas por los dispositivos periféricos habilitando una señal del CPU (llamada IRQ del inglés "interrupt request") para solicitar atención del mismo. Por ejemplo. cuando un disco duro completa una lectura solicita atención al igual que cada vez que se presiona una tecla o se mueve el ratón.

La primera técnica que se empleó para esto fue el polling, que consistía en que el propio procesador se encargara de sondear los dispositivos periféricos cada cierto tiempo para averiguar si tenía pendiente alguna comunicación para él. Este método presentaba el inconveniente de ser muy ineficiente, ya que el procesador consumía constantemente tiempo y recursos en realizar estas instrucciones de sondeo.

El mecanismo de interrupciones fue la solución que permitió al procesador desentenderse de esta problemática, y delegar en el dispositivo periférico la responsabilidad de comunicarse con él cuando lo necesitara. El procesador, en este caso, no sondea a ningún dispositivo, sino que queda a la espera de que estos le avisen (le "interrumpan") cuando tengan algo que comunicarle (ya sea un evento, una transferencia de información, una condición de error, etc.).