Sistema Operativo, Gestión de Procesos y Gestión de Memoria

Objetivo: Explicar la razón fundamental detrás de la implementación de modos de operación (usuario/kernel) en un SO. ¿Cuál es la principal razón por la que los Sistemas Operativos implementan típicamente un Modo Usuario y un Modo Kernel para la operación de la CPU?. Para proteger la integridad y estabilidad del sistema operativo de errores o intenciones maliciosas de las aplicaciones de usuario. Para optimizar la asignación de memoria a diferentes programas y evitar la fragmentación. Para habilitar que múltiples usuarios puedan ejecutar aplicaciones simultáneamente en el mismo sistema. Para permitir que las aplicaciones de usuario accedan directamente al hardware para un mayor rendimiento.

Objetivo: Diferenciar claramente entre un 'proceso' y un 'hilo' en un SO. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe mejor la diferencia fundamental entre un 'proceso' y un 'hilo' (thread) en el contexto de un Sistema Operativo?. Un proceso es una instancia estática de un programa en disco, mientras que un hilo es la ejecución activa de ese programa. Los procesos pueden realizar operaciones de E/S, mientras que los hilos solo pueden realizar cálculos internos de la CPU. Los hilos son gestionados exclusivamente por el hardware de la CPU, mientras que los procesos son gestionados por el Sistema Operativo. Un proceso tiene su propio espacio de direcciones de memoria independiente, mientras que los hilos dentro del mismo proceso comparten el espacio de direcciones de memoria de su proceso padre.

Objetivo: Explicar el beneficio principal del uso de memoria virtual en un SO. ¿Cuál es el principal beneficio de la implementación de la memoria virtual en un Sistema Operativo?. Proporcionar acceso directo y sin restricciones a todos los dispositivos de hardware para cualquier aplicación en ejecución. Acelerar la ejecución de la CPU al almacenar datos utilizados con frecuencia en la RAM, sin acceder al disco. Eliminar completamente todas las formas de fragmentación de memoria (interna y externa). Permitir que los programas utilicen un espacio de direcciones más grande que la memoria física disponible, mejorando la multiprogramación y la flexibilidad.

Objetivo: Identificar la interfaz que utilizan las aplicaciones para solicitar servicios privilegiados al Kernel. Cuando una aplicación de usuario necesita realizar una operación que requiere acceso privilegiado al hardware o a recursos del sistema (ej. lectura de un archivo desde disco), ¿qué mecanismo utiliza típicamente para interactuar con el Kernel del Sistema Operativo?. Una llamada al sistema (System Call). Una vinculación directa a una biblioteca de funciones del sistema operativo. Una instrucción de Modo Usuario especial. Una interrupción de hardware.

Objetivo: Identificar el estado de un proceso que está esperando la finalización de una operación de E/S. Si un proceso está actualmente esperando que se complete una operación de entrada/salida (E/S), ¿en qué estado de proceso se encuentra típicamente?. Nuevo (New). Ejecutando (Running). Listo (Ready). Esperando (Waiting) o Bloqueado (Blocked).

Objetivo: Explicar por qué la paginación es efectiva para manejar la fragmentación externa. Una de las ventajas clave de la 'paginación' como técnica de gestión de memoria es su capacidad para: Eliminar la fragmentación interna. Simplificar el proceso de conversión de direcciones físicas a lógicas. Eliminar la fragmentación externa. Garantizar que todos los bloques de memoria asignados a un proceso sean contiguos en la memoria física.

Objetivo: Identificar el componente central del SO responsable de la gestión de recursos. ¿Cuál de los siguientes componentes es considerado el corazón de un Sistema Operativo, encargado de gestionar los recursos de hardware y software del sistema (CPU, memoria, dispositivos de E/S) y proporcionar servicios fundamentales?. El Kernel. La Biblioteca de Programación de Aplicaciones (API). La Interfaz Gráfica de Usuario (GUI). Las aplicaciones de usuario.

Objetivo: Describir la función del planificador a corto plazo (CPU Scheduler). ¿Cuál es la función principal del 'planificador a corto plazo' (Short-Term Scheduler) en un Sistema Operativo?. Decidir qué procesos del disco duro se cargan en la memoria principal. Seleccionar cuál de los procesos en el estado 'Listo' debe ser asignado a la CPU para su ejecución. Gestionar las tablas de páginas para la traducción de direcciones lógicas a físicas. Mover procesos entre la memoria principal y el almacenamiento secundario (swapping).

Objetivo: Identificar el fenómeno de 'thrashing' y su impacto. ¿Qué fenómeno indeseable ocurre cuando un sistema que utiliza memoria virtual pasa la mayor parte de su tiempo intercambiando páginas entre la memoria principal y el disco (swapping), en lugar de ejecutar instrucciones útiles, lo que resulta en una caída drástica del rendimiento?. Fragmentación interna. Cambio de contexto (Context Switch). Interbloqueo (Deadlock). Thrashing.

Objetivo: Comparar las arquitecturas de kernel monolítico y microkernel en términos de diseño y modularidad. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe con mayor precisión la diferencia arquitectónica clave entre un 'Kernel Monolítico' y un 'Microkernel'?. Ambos tipos de kernel requieren que todas las operaciones de E/S se realicen directamente desde el espacio de usuario. Un Kernel Monolítico es más modular y fácil de depurar, mientras que un Microkernel es menos flexible y más complejo de extender. Un Kernel Monolítico integra todos los servicios esenciales del sistema operativo en un solo bloque de código en el espacio del kernel, mientras que un Microkernel minimiza las funciones en el espacio del kernel, moviendo la mayoría de los servicios a procesos en el espacio de usuario. Los Microkernels son principalmente utilizados en sistemas embebidos debido a su gran tamaño, mientras que los Kernels Monolíticos son para sistemas de escritorio por su menor huella de memoria.

Objetivo: Explicar el propósito principal de los mecanismos de Comunicación entre Procesos (IPC). ¿Cuál es el propósito principal de los mecanismos de Comunicación entre Procesos (IPC, Inter-Process Communication) en un Sistema Operativo?. Mejorar la velocidad de ejecución de un único proceso al dividirlo en múltiples subprocesos. Permitir que los procesos accedan directamente al hardware sin la intervención del Kernel. Gestionar la asignación de tiempo de CPU a los diferentes procesos que compiten por el procesador. Posibilitar que procesos cooperativos intercambien información y sincronicen sus actividades.

Objetivo: Identificar el papel de la Unidad de Gestión de Memoria (MMU) en los sistemas de memoria virtual. ¿Cuál es el rol principal de la Unidad de Gestión de Memoria (MMU) en los sistemas que utilizan memoria virtual?. Traducir direcciones lógicas generadas por la CPU a direcciones físicas en la RAM. Gestionar el algoritmo de planificación de la CPU para los procesos. Asignar bloques contiguos de memoria física a los procesos. Manejar las operaciones de E/S entre los dispositivos y la memoria principal.

Objetivo: Describir el propósito fundamental del programa 'bootstrap' durante el inicio del sistema. ¿Cuál es el propósito fundamental del 'programa bootstrap' (o bootloader) durante el proceso de arranque de un Sistema Operativo?. Ejecutar la primera aplicación de usuario inmediatamente después de encender la computadora. Realizar un diagnóstico completo del hardware del sistema (POST) al iniciar. Establecer la interfaz gráfica de usuario (GUI) para la interacción del usuario. Cargar el núcleo (Kernel) del Sistema Operativo en la memoria RAM y transferirle el control.

Objetivo: Identificar una condición que *no* es necesaria para que ocurra un interbloqueo (deadlock). ¿Cuál de las siguientes condiciones *no* es una de las cuatro condiciones necesarias de Coffman para que se produzca un interbloqueo (deadlock) en un Sistema Operativo?. Espera circular (Circular Wait). Apropiación (Preemption). Exclusión mutua. Retención y espera (Hold and Wait).

Objetivo: Identificar el evento que ocurre cuando una página no está en memoria física en un sistema de paginación bajo demanda. En un sistema de paginación bajo demanda (demand paging), ¿qué evento se produce cuando un proceso intenta acceder a una dirección de memoria cuya página lógica correspondiente no se encuentra cargada en la memoria física (RAM)?. Un fallo de página (Page Fault). Una excepción de segmentación (Segmentation Fault). Un cambio de contexto (Context Switch). Un pánico del kernel (Kernel Panic).

Objetivo: Describir la función principal de una interrupción en un Sistema Operativo. ¿Cuál es la función principal de una 'interrupción' en el contexto de un Sistema Operativo?. Gestionar la asignación de memoria virtual a los procesos en ejecución. Proporcionar una interfaz gráfica para la interacción del usuario con el sistema. Señalar a la CPU que ha ocurrido un evento que requiere atención inmediata, haciendo que suspenda su tarea actual para manejar el evento. Permitir que los programas de usuario ejecuten instrucciones privilegiadas directamente.

Objetivo: Definir el concepto de 'proceso zombie' y su causa. Un 'proceso zombie' (o 'defunct') en un Sistema Operativo se describe mejor como un proceso que: Está ejecutándose pero ha entrado en un bucle infinito, consumiendo recursos de CPU sin interrupción. Está esperando indefinidamente por un recurso que nunca será liberado por otro proceso. Ha perdido a su proceso padre (el padre terminó antes que él) y está siendo adoptado por el proceso 'init'. Ha completado su ejecución pero todavía tiene una entrada en la tabla de procesos del SO porque su proceso padre no ha leído su estado de salida.

Objetivo: Identificar qué componente del sistema se beneficia principalmente del principio de localidad de referencia. El principio de 'localidad de referencia' es fundamental para la operación eficiente de qué componente del sistema de memoria?. Discos duros (HDD/SSD). Dispositivos de entrada/salida (E/S). Las cachés (Caches) del CPU. Las interfaces de red.

Objetivo: Describir el rol de un controlador de dispositivo en un SO. ¿Cuál es la función principal de un 'controlador de dispositivo' (Device Driver) dentro de un Sistema Operativo?. Gestionar la interfaz de usuario y la visualización de gráficos en pantalla. Proporcionar una interfaz entre el sistema operativo y dispositivos de hardware específicos, traduciendo las peticiones del SO a comandos específicos del hardware. Programar los procesos para su ejecución en la CPU, decidiendo su turno y prioridad. Asignar y desasignar bloques de memoria virtual a las aplicaciones en ejecución.

Objetivo: Definir el concepto de 'multitarea'. ¿Cuál de los siguientes conceptos describe la capacidad de un Sistema Operativo para ejecutar múltiples procesos o programas de forma aparentemente simultánea en una única CPU, alternando rápidamente entre ellos?. Computación distribuida. Multitarea (Multitasking). Multiprocesamiento (Multiprocessing). Multithreading.

Objetivo: Identificar la diferencia conceptual clave entre la segmentación y la paginación como técnicas de gestión de memoria. Una diferencia conceptual clave entre la 'segmentación' y la 'paginación' como técnicas de gestión de memoria es que la segmentación: Es gestionada enteramente por hardware, mientras que la paginación es gestionada enteramente por software. Elimina la fragmentación interna, mientras que la paginación elimina la fragmentación externa. Divide un programa en bloques lógicos (segmentos) que son significativos para el programador, mientras que la paginación lo divide en bloques físicos de tamaño fijo (páginas). Requiere que todas las porciones de memoria asignadas a un proceso sean contiguas, mientras que la paginación no.

Objetivo: Identificar la 'condición de carrera' como un problema de concurrencia. Cuando múltiples procesos o hilos intentan acceder y modificar datos compartidos concurrentemente, y el resultado final depende del orden no determinístico en que se producen los accesos, ¿qué tipo de problema puede surgir?. Un fallo de página (Page Fault). Una interrupción (Interrupt). Una llamada al sistema (System Call). Una condición de carrera (Race Condition).

Objetivo: Identificar la responsabilidad principal del Kernel en la gestión de recursos. El Kernel del Sistema Operativo es principalmente responsable de: Alocar y deslocalizar recursos del sistema como tiempo de CPU, memoria y dispositivos de E/S a las aplicaciones en ejecución. Almacenar archivos de usuario y gestionar consultas a bases de datos. Desarrollar aplicaciones de usuario y sus interfaces gráficas. Proporcionar una plataforma para la comunicación de protocolos de red únicamente.

Objetivo: Describir el propósito del 'swapping' en la gestión de memoria. ¿Cuál es el propósito del 'swapping' (intercambio) en la gestión de memoria de un Sistema Operativo?. Traducir direcciones lógicas a direcciones físicas de memoria. Mover temporalmente procesos completos o partes de ellos entre la memoria principal (RAM) y el almacenamiento secundario (disco). Gestionar el orden en que los procesos reciben tiempo de CPU. Permitir que la CPU intercambie datos directamente con los dispositivos de E/S.

Objetivo: Describir el uso principal de un semáforo en la sincronización de procesos. En el contexto del control de concurrencia en Sistemas Operativos, ¿para qué se utiliza principalmente un 'semáforo'?. Traducir direcciones de memoria virtual a direcciones físicas. Manejar las interrupciones de hardware generadas por dispositivos periféricos. Gestionar la prioridad de los procesos en la cola de la CPU. Resolver problemas de sección crítica y sincronizar el acceso a recursos compartidos.