GUÍA DOCENTE

Sistemas Operativos

Grado enIngeniería Electrónica de Comunicaciones (GIEC)

Ingeniería en Sistemas de Telecomunicación (GIST)

Universidad de Alcalá

Curso Académico 2019/2020

4º Curso - 2º Cuatrimestre (GIEC+GIST)

GUÍA DOCENTE

Nombre de la asignatura: Sistemas Operativos

Código: 350026 (GIEC+GIST)

Titulación en la que se imparte:Grado enIngeniería Electrónica de Comunicaciones (GIEC)

Ingeniería en Sistemas de Telecomunicación (GIST)

Departamento y Área de Conocimiento:Automática

Automática

Carácter: Optativa (Genérica) (GIEC+GIST)

Créditos ECTS: 6

Curso y cuatrimestre: 4º Curso - 2º Cuatrimestre (GIEC+GIST)

Profesorado:

Responsable de la guía docente: J. Ignacio García Tejedor Impartición: Profesorado de la Unidad Docente deSistemas Operativos y Lenguajes.

Horario de Tutoría: Ver entorno de publicación docente o espacio dela asiguatura en el Aula Virtual de la UAH.

Idioma en el que se imparte: Español/English Friendly

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1a. PRESENTACIÓN

Esta guía es una herramienta que permitirá al alumno conocer los contenidos que componen la materia,las competencias que se complementarán con su estudio, la distribución en el tiempo de las diferentesactividades, y los requisitos para superar la asignatura así como otros datos de interés. Podrá tambiéndescargarse del espacio dedicado a la misma en el Aula Virtual de la UAH.

El objetivo de esta asignatura es introducir al alumno en la necesidad de emplear sistemas software queayuden a proporcionar niveles de abstracción suficientemente altos como para acometer el desarrollo deotros sistemas aún más complejos. Los Sistemas Operativos son los encargados de poner los recursoshardware de nuestra plataforma, de forma sencilla y segura, a disposición de los usuarios. Su evoluciónha estado frecuentemente ligada a la de las Arquitecturas de Computadores, tomando de esta disciplinagran número de conceptos y técnicas. A su vez las Arquitecturas de Computadores han evolucionadopara dar soporte a los requisitos que, a través de los Sistemas Operativos, han ido imponiendo losusuarios a lo largo del tiempo. Esta realimentación mutua es vital para la comprensión del estado actualde esta disciplina, así como también para entender sus tendencias futuras.

El primer tema comienza con una introducción a los sistemas operativos, utilizando para ello laevolución histórica de los mismos, desde los primeros esquemas de máquina desnuda hasta losactuales sistemas interactivos, de tiempo real y distribuidos. A lo largo de esta descripción serelacionarán todas las tecnologías necesarias para los sistemas operativos y que fueron estudiadas enasignaturas precedentes en el plan de estudios.

En el siguiente tema se estudiarán los sistemas operativos desde el punto funcional, pasando acontinuación a la descripción estructural. Esta descripción dará pie a describir diferentes enfoques dediseño y a introducir el papel del núcleo, finalizando con la descripción del mecanismo de llamadas alsistema.

El tercer tema permitirá al alumno establecer las diferencias entre programas y procesos, así como laestructura de ambos en cada uno de los contextos en los que se desenvuelven. Al finalizar el tema elestudiante será capaz de justificar la introducción de hilos en los Sistemas Operativos modernos,establecer las características de los mismos, y realizar pequeños programas que hagan uso de ellos.Este tema concluirá con una serie de casos de estudio de Sistemas Operativos reales. Estos casospermitirán encuadrar todos los conceptos teóricos aprendidos anteriormente, así como detallesparticulares propios de cada implementación.

El cuarto tema está dedicado a la planificación del uso de CPU. Con este tema se planteará al alumnola necesidad de llevar a cabo una selección de qué proceso debe ejecutarse en cada momento paraconseguir mejorar una serie de parámetros de rendimiento. Asimismo, se estudiarán las políticas deplanificación clásicas finalizando con el estudio de las técnicas utilizadas por algunos SistemasOperativos comerciales.

El quinto tema trata uno de los elementos más complejos de los sistemas operativos: la gestión de lamemoria y la memoria virtual. Una vez planteados los problemas de gestionar un recurso limitado yvalioso como es la memoria, se estudiarán las técnicas clásicas para solucionar dichos problemas asícomo el soporte hardware necesario para ponerlas en marcha.

El último tema se dedicará al sistema de entrada y salida. En primer lugar se introducirá al alumno enlas necesidades actuales de este sistema y la estructuración típica en capas que ayuda a satisfacerdichas necesidades. Acto seguido se estudiará el disco como arquetipo de dispositivo de en entrada ysalida, y sobre él se construirá así mismo el sistema de archivos. Estos últimos se estudiarán tantodesde el punto de vista funcional como estructural, poniendo como casos de estudio alguna de lasimplementaciones más utilizadas.

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Prerrequisitos y Recomendaciones

Esta asignatura se apoya en los conocimientos adquiridos por los estudiantes en las asignaturasrelacionadas con las arquitecturas de computadores y la programación, como Sistemas Informáticos,Programación, Electrónica Digital, Sistemas Electrónicos Digitales, y muy especialmente Arquitecturade Computadores que se imparte en el primer cuatrimestre del tercer curso. Es muy recomendable porlo tanto haber cursado con éxito estas asignaturas antes de abordar Sistemas Operativos.

1b. COURSE SUMMARY

The purpose of this course is to introduce the student to the necessity of using specific softwaresubsystems to provide an abstraction level high enough to allow for the development of more complexcomputing and information processing systems. Operating Systems are in charge of putting thehardware resources of a computing platform in the hands of the user and programmer in a simple andsafe manner. Its evolution has been frequently tied to that of the computer architectures, taking from thisdiscipline a great amount of concepts and techniques; and at the same time, computer architectureshave evolved to support features that, through the operating system, users have demanded along theyears. This mutual feedback is key to understand the current state of this discipline and its currenttrends.

This course will teach the student what are those demands, what challenges do they present and whattechniques and solutions are available to deal with such challenges. An introduction to operatingsystems will be provided, explaining its duties and what is expected from it. Then, its structure will bedescribed, explaining the different ways an operating system can be designed. From here, lessons willbe focused in explaining the way the operating system deals with the management and optimization ofthe basic resources of a computer (CPU, main memory, I/O and storage) and the abstractions put intoplace by the software to make them available to the user.

Preequisites and Recommendations

This course is based on the knowledge acquired by students in subjects related to computerarchitectures and programming, such as Computer Systems, Programming, Digital Electronics, DigitalElectronic Systems, and especially Computer Architecture that is taught in the first quarter of the thirdyear. It is therefore highly recommended to have successfully completed these subjects before tacklingOperating Systems.

2. COMPETENCIAS

Competencias básicas, generales y transversales.

Como asignatura optativa, esta asignatura contribuye a adquirir las siguientes competencias básicas,generales y transversales definidas en el apartado 3 del Anexo de la Orden CIN/352/2009:

TR2 - Conocimiento de materias básicas y tecnologías, que le capacite para el aprendizaje denuevos métodos y tecnologías, así como que le dote de una gran versatilidad para adaptarse anuevas situaciones.

TR3 - Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, y decomunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas, comprendiendo la responsabilidadética y profesional de la actividad del Ingeniero Técnico de Telecomunicación.

TR8 - Capacidad de trabajar en un grupo multidisciplinar y en un entorno multilingüe y decomunicar, tanto por escrito como de forma oral, conocimientos, procedimientos, resultados eideas relacionadas con las telecomunicaciones y la electrónica.

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Competencias de Carácter Profesional

Como optativa, esta asignatura complementa la formación del alumno en relación a la(s) siguiente(s)competencia(s) de carácter profesional definida(s) en el apartado 5 del Anexo de la OrdenCIN/355/2009:

CTE1 - Capacidad de construir, explotar y gestionar las redes, servicios, procesos y aplicacionesde telecomunicaciones, entendidas éstas como sistemas de captación, transporte, representación,procesado, almacenamiento, gestión y presentación de información multimedia, desde el punto devista de los servicios telemáticos.

CTE7 - Capacidad de programación de servicios y aplicaciones telemáticas, en red y distribuidas.

Resultados de aprendizaje

Al terminar con éxito esta asignatura/enseñanza, los estudiantes serán capaces de:

RA1. Reconocer la necesidad de los sistemas operativos en los entornos de computación actualesy su papel como interfaz entre el hardware y los programas de usuario.

RA2. Diferenciar diversos sistemas operativos y entornos de operación, contrastando susdiferencias en cuanto a servicios, prestaciones y requisitos; y aplicando dichos conocimientos, elegirel más adecuado para una determinada función.

RA3. Reconocer la necesidad de las actividades concurrentes y los problemas que estas provocan,y ser capaz de solucionar dichos problemas, así como diferenciar las técnicas de planificación detareas más relevantes, tanto para sistemas batch como interactivos y de tiempo real.

RA4. Reconocer las técnicas de gestión de la memoria más relevantes, sus ventajas einconvenientes y elegir la más adecuada para un determinado entorno de operación.

RA5. Diferenciar las distintas formas de tratar y almacenar la información y las implicaciones deutilizar un determinado dispositivo o mecanismo de entrada y salida, y elegir la técnica másadecuada para la implementación de un sistema de información.

RA6. Desarrollar programas utilizando el API de un sistema operativo ejercitando los servicios delsistema operativo.

RA7. Demostrar conciencia sobre la responsabilidad de la práctica de la ingeniería, el impactosocial y ambiental, y compromiso con la ética profesional, responsabilidad y normas de la prácticade la ingeniería.

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3. CONTENIDOS

Bloques de contenido partes TeóricasTotal de horaspresenciales

PARTE 1: Introducción a los Sistemas Operativos y conceptos previossobre Arquitectura de Computadores.

Definición de ComputadorDefinición de Sistema OperativoModelo de máquina desnudaMonitor simple residenteProcesamiento por lotes (batch)Sistemas multiprogramadosTiempo compartidoTécnicas de diseño

2 horas

PARTE 2: Estructura del Sistema OperativoVistas restringidas y amplia de un Sistema Operativo.Funciones del Sistema OperativoInterfaces del sistema operativoDescomposición en capas del Sistema OperativoEl núcleo del Sistema Operativo Descripción y funciones básicas Casos de estudio de diseños: Linux, Windows, MachMecanismos de llamadas al sistema Descripción Tipos de llamadas al sistema

4 horas

PARTE 3: Procesos e HilosProgramas vs. procesosEstructura de un programaConcepto de procesoProyección de un programa en memoria en el contexto de usuarioHilosCasos de uso: Linux y Windows

4 horas

PARTE 4: Planificación del uso de CPUMecanismo de conmutación de CPUConcepto de planificaciónTipos de planificadoresPolíticas de planificación básicasConceptos de prioridad y requisaPolíticas de planificación avanzadasCasos de uso: Linux y Windows

4 horas

PARTE 5: Gestión del sistema de memoria y memoria virtualPrincipios de gestión de memoria: jerarquías, localidad yfragmentación.La gestión de memoria de un proceso.Mecanismos de gestión de memoria: segmentación, paginación ysegmentación paginada.Casos de estudio.Introducción a la memoria virtualConceptos básicos: carga dinámica, paginadores, conjunto de trabajo.Algoritmos y políticas de la memoria virtual

8 horas

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PARTE 6: Sistema de E/S y Sistemas de ArchivosCapas del software de E/SElementos de E/SLos discos como ejemplo de dispositivo de E/SFuncionalidad del sistema de archivosEstructura interna de los sistemas de archivos

6 horas

Bloques de contenido Prácticas laboratorioTotal de horaspresenciales

PRÁCTICA 1: Introducción a Linux y herramientas de desarrolloInicio de sesiónComandos básicos de LinuxUso de herramientas básicas de programación

6 horas

PRÁCTICA 2: Llamadas al sistemaUso de llamadas al sistema POSIX Llamadas al sistema relacionadas con el tiempo Llamadas al sistema relacionadas con la gestión de archivos Llamadas al sistema para proyección de archivos en memoria Desarrollo de un proyecto con múltiples archivos fuenteUso de herramientas de automatización para la compilación desoftware

8 horas

PRÁCTICA 3: Programación multihilo y sincronizaciónCreación y destrucción de hilosUtilización de la biblioteca de hilos POSIX pthreadsParalelización de un problemaSincronización de múltiples hilos

8 horas

PRÁCTICA 4: Señales, procesos y mecanismos de comunicaciónTrabajo con señales: registro, manejo y envíoPrimitivas de gestión de procesos: creación y finalización de procesosy ejecución de programasPrimitivas de comunicación entre procesos

8 horas

Cronograma

Semana Contenido

1ª-3ª PARTES 1 y 2: Teoría (6h) + Práctica 1 + evaluación (6h)

4ª-7ª PARTES 3 y 4: Teoría (8h) + Práctica 2 + evaluación (8h)

8ª-11ª PARTE 5: Teoría (8h) + Práctica 3 y evaluación (8h)

12ª-15ª PARTE 6: Teoría (6h) + Práctica 4 y evaluación (8h)

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4. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA APRENDIZAJE.ACTIVIDADES FORMATIVAS

4.1. Distribución de créditos (especificar en horas)

Número de horas presenciales:58 horas (56 horas de clasepresencial +2 horas deevaluación)

Número de horas del trabajo propio del estudiante:92 (Incluye horas de estudio,elaboración de actividades,preparación de exámenes)

Total horas 150

4.2. Estrategias metodológicas, materiales y recursos didácticos

Clasespresenciales

Clases teóricas: estas clases se impartirán en grupos grandes y en ellas, mediantedocencia magistral, el profesor desarrollará los conceptos más importantes para lacomprensión de los contenidos de la asignatura.Resolución de casos prácticos: se harán en grupos reducidos. Durante las sesionesse plantearán problemas susceptibles de resolución mediante técnicas expuestas enclase. De forma guiada se procederá a la aplicación de dichas técnicas para laresolución del problema.Presentación de informes y trabajos: el alumno deberá presentar a sus compañerosy al profesor informes y proyectos que haya realizado de forma individual o en gruposreducidos. Las presentaciones harán uso de las técnicas multimedia apropiadas.Pruebas parciales: durante el desarrollo del curso el profesor propondrá diversaspruebas parciales para revisar la adquisición de conocimientos y su aplicación.

Trabajoautónomo

LecturasRealización de actividades: ejercicios, mapas conceptuales, ejemplificaciones,búsqueda de información.Participación en foros y actividades, generalmente a través de la plataformadocente de la asignatura

TutoríasLas tutorías podrán ser tanto en grupos como individuales. Durante las mismas elprofesor podrá evaluar la adquisición de las competencias y revisará los informesaportados por los estudiantes sobre los trabajos encomendados.

Materiales y recursos

Los materiales para la preparación de las sesiones presenciales, así como las actividades a realizar porel estudiante de forma individual se podrán encontrar en el espacio dedicado a la asignatura del AulaVirtual de la UAH. El funcionamiento de esta herramienta docente se detallará en la clase depresentación de la asignatura.

Para cada actividad, el profesor proporcionará una serie de referencias bibliográficas que puedenconsultarse en la biblioteca de la Escuela Politécnica.

Para aquellas actividades que así lo requieran, el profesor indicará la forma de planificar dicha actividadasí como los entregables que deben resultar de la realización de la misma.

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5. EVALUACIÓN: Procedimientos, criterios de evaluación y calificación

Preferentemente se ofrecerá a los alumnos un sistema de evaluación continua que tenga característicasde evaluación formativa de manera que sirva de realimentación en el proceso de enseñanza-aprendizaje por parte del alumno.

5.1. PROCEDIMIENTOS

La evaluación debe estar inspirada en los criterios de evaluación continua (Normativa de Regulación delos Procesos de Enseñanza Aprendizaje, NRPEA, art 3). No obstante, respetando la normativa de laUniversidad de Alcalá se pone a disposición del alumno un proceso alternativo de evaluación final deacuerdo a la Normativa de Evaluación de los Aprendizajes (aprobada en Consejo de Gobierno de 24 demarzo de 2011 y modificada en Consejo de Gobierno de 5 de mayo de 2016) según lo indicado en suArtículo 10, los alumnos tendrán un plazo de quince días desde el inicio del curso para solicitar porescrito al Director de la Escuela Politécnica Superior su intención de acogerse al modelo de evaluaciónno continua aduciendo las razones que estimen convenientes. La evaluación del proceso de aprendizajede todos los alumnos que no cursen solicitud al respecto o vean denegada la misma se realizará, pordefecto, de acuerdo al modelo de evaluación continua. El estudiante dispone de dos convocatorias parasuperar la asignatura, una ordinaria y otra extraordinaria.

Esta asignatura se evaluará de forma continua mediante una serie de pruebas de carácter sumativodistribuidas a lo largo del curso, que permiten al estudiante abordar la asignatura de forma progresiva.En cada bloque de contenidos, se realizará, como mínimo, una prueba de evaluación, pudiendo serrelativa tanto a los contenidos prácticos, teóricos o ambos.

La evaluación continua garantiza la retroalimentación temprana en el proceso de aprendizaje delalumno y permite a los profesores, coordinadores y demás elementos del Sistema de Garantía decalidad hacer un seguimiento global, con la posibilidad de actuar en caso de que lo aconsejenindicadores o situaciones determinadas.

5.2. EVALUACIÓN

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Se utilizarán los siguientes criterios para la evaluación de la asignatura, relacionados con los resultadosdel aprendizaje:

CE1. El alumno ha adquirido conocimientos técnicos acerca del papel y la necesidad del sistemaoperativo en un sistema de computación cualquiera, su filosofía de funcionamiento, su estructura ysus enfoques de diseño, así como de los servicios que este puede proporcionar al programador deaplicaciones.

CE2. El alumno ha adquirido conocimientos acerca de la forma en que el sistema operativo realizala gestión y el aprovechamiento de los recursos del computador tales como la memoria, losprocesadores, las comunicaciones o el almacenamiento.

CE3. El alumno demuestra capacidad para resolver problemas prácticos asociados al diseño yfuncionamiento del sistema operativo y los recursos que gestiona (CPU, memoria, lascomunicaciones y almacenamiento).

CE4. El alumno es capaz de utilizar un entorno operativo profesional que le permita desarrollarsoftware y conoce las herramientas necesarias para ello.

CE5. El alumno es capaz de desarrollar software que utilice los servicios y capacidades del sistema

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operativo utilizando las herramientas a su disposición, y de buscar y utilizar la documentaciónnecesaria para ello.

CE6. El alumno es capaz de desarrollar trabajos de producción propia, citando adecuadamente lasfuentes cuando dichos trabajos se basen en material de terceros, de acuerdo a los criterios decorrecta ética profesional en la práctica de la ingeniería.

CRITERIOS DE CALIFICACIÓN

La evaluación de los alumnos se realizará de forma continuada a lo largo del curso. Su rendimiento seráevaluado por su trabajo, conocimientos y destrezas adquiridas y la mejora de su proceso deaprendizaje. Los métodos a emplear serán:

1. Realización de actividades de evaluación continua planteadas por el profesor para cada uno delos bloques temáticos. En global, estas actividades supondrán el 60% de la calificación delalumno. El total de las actividades planteadas se comunicarán al estudiante durante la clase depresentación. Dichas actividades comprenden:

Realización de prácticas o pruebas de laboratorio (PL1-PL4) (30% de la nota final). Para quedichas pruebas se consideren válidas, será obligatoria la asistencia y a un mínimo de un90% de las sesiones de laboratorio, no pudiéndose además producir más de una ausenciaen las sesiones de laboratorio dedicadas a una práctica concreta. En caso de no cumplirseeste requisito, las pruebas se considerarán no realizadas y se considerará no superada laevaluación continua de la parte de prácticas.

Realización de pruebas de evaluación intermedia (PEI1-PEI4) durante el periodo docente(30% de la nota final)

2. Realización de una prueba de evaluación final (PEF) teórico-práctica a la finalización del periododocente (40% de la nota final).

Si no se supera la asignatura en la evaluación ordinaria existe la posibilidad de presentarse a unaevaluación extraordinaria que estará compuesta de las siguientes partes:

Prueba sobre los ejercicios prácticos de laboratorio realizados durante el curso (PL5). Esta partees opcional. De no realizarse se mantendrá la nota obtenida en la correspondiente parte de laevaluación continua. En caso de realizarse, la nueva nota prevalecerá sobre la continua. Estaparte constituye el 30% de la nota final.

Prueba de evaluación final (PEF2) sobre los contenidos teórico-prácticos. Esta parte valdrá el 70%de la nota final.

A aquellos alumnos a los que se les haya concedido la evaluación mediante examen final se lesevaluará mediante un único examen global acerca de todos los contenidos de la asignatura con elmismo formato que la evaluación extraordinaria, salvo que la prueba PL5 no es opcional. Si no sesupera la asignatura en este examen se tendrá la posibilidad de presentarse al examen extraordinariodescrito anteriormente.

Con el espíritu de aplicar los criterios de evaluación continua se considerarán todas las pruebasdescritas (exámenes parciales, entregas de prácticas y prueba final) como no obligatorios, calificándosela asignatura según los porcentajes y criterios expuestos anteriormente, y solo se considerará a unalumno como No Presentado si no se presenta a ninguna de las pruebas.

Se contempla únicamente como excepción el caso de que un alumno decida abandonar la asignaturaen algún momento durante el cuatrimestre y desee aparecer como No Presentado, para lo cual deberásolicitarlo por escrito al coordinador de la asignatura antes de la realización de la prueba final.

En la convocatoria ordinaria, la relación entre los criterios, instrumentos y calificación es la siguiente.

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CompetenciaResultado deAprendizaje

Criterio deEvaluación

Instrumento deevaluación

Peso en lacalificación

TR2, TR3, TR8,CTE1

RA1, RA2, RA7

CE1, CE2, CE3,CE6

PEI1 7.5%

RA3, RA7 PEI2 7.5%

RA4, RA7 PEI3 7.5%

RA5, RA7 PEI4 7.5%

TR2, TR3, TR8,CTE7

RA6, RA7

CE4, CE6 PL1 7.5%

CE5, CE6

PL2 7.5%

PL3 7.5%

PL4 7.5%

TR2, TR3, TR8,CTE1

RA1-RA5, RA7CE1, CE2, CE3,CE6

PEF 40%

En la convocatoria extraordinaria, así como en el caso en que al alumno se le haya concedido laevaluación mediante prueba final, la relación entre los criterios, instrumentos y calificación es lasiguiente.

CompetenciaResultado deAprendizaje

Criterio deEvaluación

Instrumento deevaluación

Peso en lacalificación

TR2, TR3, TR8,CTE7

RA6, RA7 CE4, CE5, CE6 PL5 30%

TR2, TR3, TR8,CTE1

RA1-RA5, RA7 CE1, CE2, CE3,CE6

PEF2 70%

Criterios de calificación específicos de los ejercicios prácticos

Los ejercicios prácticos, en el caso de evaluación mediante evaluación continua, sólo seránconsiderados válidos si se cumplen los requisitos de asistencia obligatoria al laboratorio expuestos conanterioridad. Dichos ejercicios se entregarán en las fechas establecidas para cada uno de ellos duranteel desarrollo del curso. De no ser así, los ejercicios entregados en las dos semanas siguientes a lafecha límite se calificarán con una nota máxima de 4 puntos sobre 10. Pasado este plazo, no se admitirála entrega y quedarán calificados con una nota de 0 puntos. Las entregas de las prácticas, salvo que seindique lo contrario de forma expresa, se realizarán exclusivamente dentro del grupo de laboratorioasignado al alumno.

Los alumnos a los que se les haya concedido la evaluación final no tendrán que asistir al laboratorio yno entregarán prácticas, pero deberán realizarlas igualmente por cuenta propia ya que serán sometidosa evaluación acerca del contenido y realización de las mismas en una única prueba final, como seexpone anteriormente.

Respecto a los plagios en la realización de prácticas, se aplicará estrictamente la normativa vigentesegún cita el artículo 34 de la Normativa de Evaluación de los Aprendizajes, aprobada en Consejo deGobierno el 5 de mayo de 2016:

Artículo 34. Originalidad de los trabajos y pruebas.

1. La Universidad transmitirá a los estudiantes que el plagio es una práctica contraria a las normas ya los principios que rigen la formación universitaria.

2. La Universidad proporcionará a los estudiantes la formación necesaria para la elaboración de

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trabajos u otras pruebas de evaluación con objeto de enseñarles a manejar y citar las fuentesutilizadas, así como a desarrollar y poner en práctica las competencias requeridas.

3. Se entiende por plagio la copia de textos sin citar su procedencia y dándolos como de elaboraciónpropia y conllevara automáticamente la calificación de suspenso (0) en los trabajos o pruebasen los que se hubiera detectado. El profesor que advierta indicios de plagio en los trabajos opruebas de evaluación que les sean presentados dará cuenta de este hecho al decano o directordel centro en un plazo máximo de dos días, para que proceda, en su caso, a ponerlo enconocimiento del Rector por si pudiera ser constitutivo de infracción disciplinaria o de delito.

4. En las guías docentes se puede incluir la previsión de que el estudiante tenga que firmar en lostrabajos y materiales entregados para la evaluación de su aprendizaje una declaración explícita enla que asuma la originalidad del trabajo, entendida en el sentido de que no ha utilizado fuentes sincitarlas debidamente.

Finalmente, en cuanto a la obligatoriedad de la superación de las prácticas, se aplicará lo establecido enel artículo 6, apartado 4 de la Normativa de Evaluación de los Aprendizajes, aprobada en el Consejo deGobierno el 5 de mayo de 2016:

Artículo 6. Convocatorias[…]4. Excepcionalmente, en las asignaturas cuya guía docente expresa y motivadamente así loestablezca, la superación de diferentes tipos de prácticas obligatorias podrá ser consideradaelemento imprescindible de la evaluación, tanto en la convocatoria ordinaria como en laextraordinaria.

Este punto es especialmente importante en relación a los plagios en la realización de prácticas, ya queuna práctica plagiada se considerará no superada y, por lo tanto, podrá suponer la evaluación negativa(suspenso) de la asignatura.

6. BIBLIOGRAFÍA

6.1. Bibliografía básica

Sistemas Operativos. S. Sánchez Prieto. Segunda edición. Servicio de Publicaciones de laUniversidad de Alcalá. 2005.

6.2. Bibliografía complementaria

Sistemas Operativos. Stallings, William. Cuarta edición. Alhambra Editorial.Unix. Programación avanzada. Francisco M. Márquez García. Tercera edición. Ra-Ma 2004.Fundamentos de Sistemas Operativos. A. Silberschatz, P. B. Galvin y G. Gagne. Séptima edición.McGraw Hill. 2006.Sistemas Operativos Modernos. A.S. Tanenbaum. Tercera edición. Prentice Hall, 2009.Sistemas Operativos. Diseño e implementación. Tanenbaum, A.S. y Woodhull, A.S. Segundaedición. Prentice-Hall Hispanoamericana, S. A. 1998.Organización y Arquitectura de Computadores. William Stallings. Séptima edición. Prentice-HallInternational, 2006.Computer architecture: a quantitative approach. Hennessy, John L., Patterson, David A., Cuartaedición. Elsevier 2006.

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TEACHING GUIDE

Operating systems

Degree inElectronic Communications Engineering (GIEC)

Telecommunication Systems Engineering (GIST)

Universidad de Alcalá

Academic Year 2019/2020

4th Year - 2nd Semester (GIEC+GIST)

TEACHING GUIDE

Course Name: Operating systems

Code: 350026 (GIEC+GIST)

Degree in:Electronic Communications Engineering (GIEC)

Telecommunication Systems Engineering (GIST)

Department and area: Automatic

Type: Optional (Generic) (GIEC+GIST)

ECTS Credits: 6

Year and semester: 4th Year - 2nd Semester (GIEC+GIST)

Teachers: J. Ignacio García Tejedor

Tutoring schedule: Ask the teacher at the beginning of the course.

Language: Spanish/English Friendly

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1. COURSE SUMMARY

This guide is a tool that will allow the student to be familiar with the contents that comprise the subject,the skills that will be complemented through study, the distribution in time of the different activities, andthe requirements for passing the subject as well as other relevant data. You can also download it at theUAH Virtual Classroom.

The goal of this course is to introduce the student to the need of using software systems that helpprovide sufficiently high levels of abstraction to undertake the development of other systems even morecomplex. The Operating Systems are in charge of putting the hardware resources of our platform, in asimple and secure way, at the disposal of the users. Its evolution has been frequently linked to that ofComputer Architectures, taking from this discipline a great number of concepts and techniques. At thesame time, Computer Architectures have evolved to support the requirements that, through theOperating Systems, have been dictated by users over time. This mutual feedback is vital for theunderstanding of the current state of this discipline, as well as for understanding its future trends.

The first part begins with an introduction to operating systems, using their historical evolution, from thefirst naked machine models to the current interactive, real time and distributed systems. Throughout thisdescription, all the technologies necessary for the operating systems and that were studied in previoussubjects in the curriculum will be mentioned.

In the next part, the operating systems will be studied from the functional point of view, going on to thestructural description. This description will lead to the introduction of different design approaches andthe role of the kernel, ending with the description of the system call mechanism.

The third part will allow the student to establish the differences between programs and processes, aswell as the structure of both in each of the contexts in which they are developed. At the end of thelesson, the student will be able to justify the introduction of threads in modern Operating Systems,establish their characteristics, and create small programs that make use of them. This topic will concludewith a series of case studies of real Operating Systems. These cases will allow to contextualize all thetheoretical concepts learned previously, as well as particular details of each implementation.

The fourth part is dedicated to CPU scheduling. In this section, the student will be shown the need tomake a selection of the process to be executed at each moment in order to improve a series ofperformance parameters. The classic scheduling policies will also be studied, ending with the study ofthe techniques used by some commercial Operating Systems.

The fifth part deals with one of the most complex elements of operating systems: memory managementand virtual memory. Once the problems of managing a limited and valuable resource such as memoryhave been raised, the classic techniques for solving these problems will be studied, as well as thenecessary hardware support to implement them.

The last topic will be dedicated to the Input/Output system. First, the student will be introduced to thecurrent needs of this system and the typical layered structure that helps meet these needs. Then thedisk will be studied as an archetype of input and output device, and the file system will be built on it. Thelatter will be studied from both a functional and structural point of view, using some of the mostcommonly used implementations as case studies.

Prerequisites and Recommendations

This course is based on the knowledge acquired by students in subjects related to computerarchitectures and programming, such as Computer Systems, Programming, Digital Electronics, DigitalElectronic Systems, and especially Computer Architecture that is taught in the first quarter of the thirdyear. It is therefore highly recommended to have successfully completed these subjects before tacklingOperating Systems.

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2. SKILLS

Basic, Generic and Cross Curricular Skills.

As an optative course, this course contributes to acquire the following generic skills, which are defined inthe Section 3 of the Annex to the Orden CIN/352/2009:

en_TR2 - Knowledge of basic subjects and technologies that enables to learn new methods andtechnologies, as well as to provide versatility that allows adaptation to new situations.

en_TR3 - Aptitude to solve problems with initiative, decision making, creativity, and tocommunicate and to transmit knowledge, skills and workmanship, comprising the ethical andprofessional responsibility of the activity of the Technical Engineer of Telecommunication.

en_TR8 - Capacity of working in a multidisciplinary and multilingual team and of communicating,both in spoken and written language, knowledge, procedures, results and ideas related totelecommunications and electronics.

Professional Skills

As an optative course, this course complements the students training in relation to the followingprofessional skills, which are defined in the Section 5 of the Annex to the Orden CIN/352/2009:

en_CTE1 - Ability to build, operate and manage telecommunications networks, services,processes and applications, understood as systems for capturing, transporting, representing,processing, storing, managing and presenting multimedia information, from the point of view oftelematic services.

en_CTE7 - Programming capacity of services and telematic applications, in network anddistributed.

Upon successful completion of this course/teaching, students will be able to:

RA1. Acknowledge the need for operating systems in today's computing environments and their roleas an interface between hardware and user programs.

RA2. Differentiate between different operating systems and operating environments, contrastingtheir differences in terms of services, performance and requirements; and applying this knowledge,choose the most appropriate one for a given function.

RA3. Acknowledge the need for concurrent activities and the problems they cause, and be able tosolve these problems, as well as differentiate the most relevant task scheduling techniques, both forbatch and interactive systems and real time.

RA4. Acknowledge the most relevant memory management techniques, their advantages anddisadvantages, and choose the most appropriate one for a given operating environment.

RA5. Differentiate the distinct ways of treating and storing information and the implications of usinga specific input and output device or mechanism, and choose the most appropriate technique for theimplementation of an information system.

RA6: Develop programs using the API of an operating system exercising the services of theoperating system.

RA7. Demonstrate awareness of the responsibility of engineering practice, social and environmentalimpact, and commitment to professional ethics, responsibility and standards of engineering practice.

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3. CONTENTS

Content blocks Theoretical part Total attendance hours

PART 1: Introduction to Operating Systems and previous concepts onComputer Architecture.

Definition of ComputerDefinition of Operating SystemBare-machine modelSimple Resident MonitorBatch ProcessingMultiprogrammed systemsTime-sharingDesign techniques

2 hours

PART 2: Operating System StructureRestricted and extensive views of an Operating System.Operating System FunctionsOperating system interfacesOperating System Layered DecompositionThe Operating System kernel Description and basic functions Design Case Studies: Linux, Windows, MachSystem call mechanisms Description Types of system calls

4 hours

PART 3: Processes and ThreadsPrograms vs. processesStructure of a programConcept of processProgram image in the user memory contextThreadsUse cases: Linux and Windows

4 hours

PART 4: CPU SchedulingCPU switching mechanismScheduling conceptsScheduler TypesBasic scheduling policiesConcepts of priority and preemptionAdvanced scheduling policiesUse cases: Linux and Windows

4 hours

PART 5: Virtual Memory and Memory System ManagementMemory management fundamentals: hierarchy, locality andfragmentation.Process memory management.Memory management mechanisms: segmentation, paging and pagedsegmentation.Case studies.Introduction to virtual memoryBasic concepts: dynamic load, pagers, working set.Virtual memory algorithms and policies

8 hours

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PART 6: I/O System and File SystemsI/O Software LayersI/O elementsDisks as an example of an I/O deviceFile System FunctionalityInternal structure of file systems

6 hours

Content blocks Lab practicum Total attendance hours

ASSIGNMENT 1: Introduction to Linux and the Development ToolsLoginBasic Linux CommandsUse of basic programming tools

6 hours

ASSIGNMENT 2: System CallsUse of POSIX system calls Time-related system calls File management-related system calls Memory Mapping of files and related System Calls Development of a project with multiple source filesUsing Automation Tools for Software Development

8 hours

ASSIGNMENT 3: Multi-threaded programming and synchronizationCreation and destruction of threadsUsing the POSIX pthreads thread libraryParallelization of a problemMulti-thread synchronization

8 hours

ASSIGNMENT 4: Signals, processes and communication mechanismsWorking with signals: registering, handling and sendingProcess management primitives: creation and termination of processesand program executionProcess communication primitives

8 hours

Chronogram

Week Contents

1st-3rd PARTS 1 and 2: Theory (6h) + Practicum 1 + evaluation (6h)

4th-7th PARTS 3 and 4: Theory (8h) + Practicum 2 + evaluation (8h)

8th-11th PART 5: Theory (8h) + Practicum 3 y evaluation (8h)

12th-15th PART 6: Theory (6h) + Practicum 4 y evaluation (8h)

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4. TEACHING - LEARNING METHODOLOGIES.FORMATIVE ACTIVITIES.

4.1. Credits Distribution

Number of on-site hours:58 hours (56 hours on-site +2exams hours)

Number of hours of student work: 92

Total hours 150

4.2. Methodological strategies, teaching materials and resources

Classroomsessions

Theory lectures: these lectures will be given in large groups and in them, throughmasterclasses, the teacher will develop the most important concepts for understandingthe contents of the subject.Resolution of practical cases: they will be done in small groups. During thesessions, problems that are susceptible to resolution will be presented usingtechniques explained in the lesson. These techniques will be applied in a guided wayto solve the problem.Presentation of reports and assignments: the student must present reports andassignments individually or in small groups to his/her classmates and the teacher.Presentations will make use of appropriate multimedia techniques.Partial exams: throughout the course the teacher will propose various partial exams toassess the acquisition of knowledge and its application.

Self-study

ReadingsActivities: exercises, concept maps, examples, information search.Participation in forums and activities, generally through the teaching platform of thecourse.

MentoringThe mentoring can be both group-based and individual. During the mentoringsessions, the teacher will be able to assess the acquisition of competences and willreview the reports provided by the students on the work assigned.

Resources

The resources for the preparation of the classroom sessions, as well as the activities to be carried out bythe individual student, can be found in the space dedicated to the course of the Virtual Classroom of theUAH. The functionality of this teaching tool will be detailed in the presentation class of the subject.

For each activity, the teacher will provide a series of bibliographical references that can be consulted inthe Polytechnic School's library.

For those activities that require it, the teacher will indicate the way of planning this activity as well as thedeliverables that must result from the realization of the same one.

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5. ASSESSMENT: procedures, evaluation and grading criteria

Preferably, students will be offered a continuous assessment model that has characteristics of formativeassessment in a way that serves as feedback in the teaching-learning process.

5.1. PROCEDURES

The evaluation must be inspired by the criteria of continuous evaluation (Regulations for the Regulationof Teaching Learning Processes, NRPEA, art 3). However, in compliance with the regulations of theUniversity of Alcalá, an alternative process of final evaluation is made available to the student inaccordance with the Regulations for the Evaluation of Apprenticeships (approved by the GoverningCouncil on March 24, 2011 and modified in the Board of Directors). Government of May 5, 2016) asindicated in Article 10, students will have a period of fifteen days from the start of the course to requestin writing to the Director of the Polytechnic School their intention to take the non-continuous evaluationmodel adducing the reasons that they deem convenient. The evaluation of the learning process of allstudents who do not apply for it or are denied it will be done, by default, according to the continuousassessment model. The student has two calls to pass the subject, one ordinary and one extraordinary.

This subject will be assessed continuously through a series of summative tests distributed throughoutthe course, which allow the student to approach the subject progressively. In each block of contents, atleast one evaluation test will be carried out, which may be related to practical, theoretical or combinedcontents.

Continuous evaluation guarantees early feedback in the student's learning process and allows teachers,coordinators and other elements of the Quality Assurance System to follow up globally, with thepossibility of taking action in the event that particular indicators or situations advise it.

5.2. EVALUATION

EVALUATION CRITERIA

The following criteria will be used for the evaluation of the course, related to the learning outcomes:

CE1. The student has acquired technical knowledge about the role and necessity of the operatingsystem in any computer system, its operating philosophy, its structure and design approaches, as wellas the services it can provide to the application programmer.

CE2. The student has acquired knowledge about the way in which the operating system manages anduses computer resources such as memory, processors, communications or storage.

CE3. The student shows ability to solve practical problems associated with the design and operation ofthe operating system and the resources it manages (CPU, memory, communications and storage).

CE4. The student is able to use a professional operating environment that allows him/her to developsoftware and knows the necessary tools for doing so.

CE5. The student is able to develop software that uses the services and capabilities of the operatingsystem using the tools at his disposal, and to search and use the necessary documentation for this.

CE6. The student is able to develop work of his own production, adequately citing the sources whensuch work is based on third party material, according to the criteria of correct professional ethics in thepractice of engineering.

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GRADING CRITERIA

The evaluation of the students will be carried out on a continuous basis throughout the course. Theirperformance will be evaluated by their work, knowledge and skills acquired and the improvement of theirlearning process. The following methods will be used:

1. Carrying out continuous assessment activities proposed by the teacher for each of the thematicblocks. Overall, these activities will account for 60% of the student's grade. The total of theproposed activities will be communicated to the student during the presentation class. Theseactivities include:

Undertaking laboratory practices or tests (PL1-PL4) (30% of the final grade). In order for thesetests to be considered valid, it will be mandatory to attend a minimum of 90% of the laboratorysessions, and no more than one absence may occur in the laboratory sessions dedicated to aspecific activity. If this requirement is not met, the tasks will be considered as not carried out andthe practicum part will be considered as not passed.Intermediate evaluation tests (PEI1-PEI4) during the teaching period (30% of the final grade).

2. A theoretical-practical final evaluation test (PEF) at the end of the teaching period (40% of thefinal grade).

If the subject is not passed in the ordinary evaluation period, there exists the possibility of taking anextraordinary evaluation that will be made up of the following parts:

Test on the practicum laboratory tasks carried out during the course (PL5). This part is optional. Ifit is not taken, the grade obtained in the corresponding part of the continuous evaluation will bemaintained. If it is taken, the new score will prevail over the continuous one. This part constitutes30% of the final grade.Final evaluation test (PEF2) on the theoretical-practical contents. This part will be worth 70% of thefinal grade.

Those students who have been granted the evaluation by means of a final exam will be evaluated bymeans of a single global exam about all the contents of the subject with the same format as theextraordinary evaluation, except that the PL5 test is not optional. If a student does not pass the subjectin this exam, he or she will have the opportunity to take the extraordinary exam described above.

In the spirit of applying the continuous evaluation criteria, all the tests described (partial exams,practicum deliverables and final exam) will be considered non-compulsory, the subject being gradedaccording to the percentages and criteria set out above, and a student will only be considered as NotPresented if he/she does not take any of the aforementioned tests.

The only exception is if a student decides to abandon the course at any time during the four-monthperiod and wishes to appear as Not Presented, for which it must be requested in writing to thecoordinator of the course before taking the final test.

In the ordinary evaluation, the relationship between the criteria, instruments and grades is as follows.

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CompetenceLearningOutcome

AssessmentCriteria

AssessmentInstrument

Weight in thegrade

TR2, TR3, TR8,CTE1

RA1, RA2, RA7

CE1, CE2, CE3,CE6

PEI1 7.5%

RA3, RA7 PEI2 7.5%

RA4, RA7 PEI3 7.5%

RA5, RA7 PEI4 7.5%

TR2, TR3, TR8,CTE7

RA6, RA7

CE4, CE6 PL1 7.5%

CE5, CE6

PL2 7.5%

PL3 7.5%

PL4 7.5%

TR2, TR3, TR8,CTE1

RA1-RA5, RA7CE1, CE2, CE3,CE6

PEF 40%

In the extraordinary evaluation, as well as in the case in which the student has been granted theevaluation by means of a final test, the relation between the criteria, instruments and qualification is thefollowing.

CompetenceLearningOutcome

AssessmentCriteria

AssessmentInstrument

Weight in thegrade

TR2, TR3, TR8,CTE7

RA6, RA7 CE4, CE5, CE6 PL5 30%

TR2, TR3, TR8,CTE1

RA1-RA5, RA7 CE1, CE2, CE3,CE6

PEF2 70%

Specific grading criteria for practicum activities

Practicum assignments, in the case of evaluation through continuous assessment, will only beconsidered valid if the mandatory laboratory attendance requirements set out above are met. Theseexercises will be delivered on the dates established for each of them during the development of thecourse. If this requirement is not met, the exercises delivered in the two weeks following the deadline willbe graded with a maximum score of 4 points out of 10. After this period, the delivery will not be admittedand will be graded with a score of 0 points. Unless expressly indicated otherwise, the assignments willbe delivered exclusively within the laboratory group assigned to the student.

Students who have been granted grading by final evaluation will not have to attend the laboratorysessions and will not deliver practices, but they will also have to complete them at their own account asthey will be subjected to evaluation about their contents and implementation in a single final test, asstated above.

With respect to plagiarism in the realization of practicum assignments, the regulations in effect will bestrictly applied according to article 34 of the Regulations for the Evaluation of Learning, approved by theGoverning Council of the UAH on May 5, 2016:

Article 34. Originality of works and tests.

1. The University will convey to students that plagiarism is a practice contrary to the rules andprinciples governing university education.

2. The University will provide students with the necessary training for the preparation of assignmentsor other assessment tests in order to teach them to use and cite the sources used, as well as to

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develop and put into practice the required competencies.3. Plagiarism is understood as the copying of texts without citing their origin and giving them as their

own elaboration and will automatically lead to the qualification of failing (0) in the works ortests in which it was detected. The teacher who notices signs of plagiarism in the work orevaluation tests presented to them will inform the dean or director of the centre of this fact within amaximum period of two days, so that he may proceed, if necessary, to bring it to the Rector'sattention in case it could constitute a disciplinary infraction or a crime.

4. The teaching guides may include the provision that the student must sign in the papers andmaterials submitted for the evaluation of his learning an explicit statement in which he assumes theoriginality of the work, understood in the sense that he has not used sources without citing themproperly.

Finally, with regard to the obligatory nature of the completion of the practices, the provisions of article 6,section 4 of the Regulations for the Evaluation of Learning, approved by the Governing Council on 5May 2016, will be applied:

Article 6. Calls[…]4. Exceptionally, in subjects where the teaching guide expressly and with reasons so establishes,the passing of different types of obligatory practices may be considered an essential elementof the evaluation, both in the ordinary and in the extraordinary calls.

This point is especially important in relation to plagiarism of practicum assignments, since a plagiarizedwork will be considered as not passed and, therefore, may lead to a negative ( failed ) evaluation of thesubject.

6. BIBLIOGRAPHY

6.1. Basic Bibliography

Sistemas Operativos. S. Sánchez Prieto. Second edition. UAH publications service. 2005.

6.2. Additional Bibliography

Operating Systems. Stallings, William. Alhambra Editorial.Unix. Programación avanzada. Francisco M. Márquez García. Ra-Ma 2004.Operating System Concepts. A. Silberschatz, P. B. Galvin y G. Gagne. McGraw Hill. 2006.Modern Operating Systems. A.S. Tanenbaum. Prentice Hall, 2009.Operating Systems. Design and Implementation. Tanenbaum, A.S. y Woodhull, A.S. Prentice-HallHispanoamericana, S. A. 1998.Computer Architecture and Organization. William Stallings. Prentice-Hall International, 2006.Computer architecture: a quantitative approach. Hennessy, John L., Patterson, David A., Elsevier2006.

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