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🖥️ VOS - Virtual Operating System

Un simulador educativo de sistema operativo implementado en Python que incluye memoria virtual, gestión de procesos, scheduling y un shell interactivo.

📚 Laboratorios Completados

  • ✅ Lab 1: Memoria Virtual con paginación y reemplazo FIFO
  • ✅ Lab 2: Gestión de Procesos y Scheduling Round-Robin
  • ✅ Lab 3: System Calls y Shell Interactivo Cooperativo

🚀 Inicio Rápido

# Clonar o descomprimir el proyecto
cd vos/

# Ejecutar el VOS
python vos.py

🎮 Uso del Shell

Comandos de Procesos

vos[0:0]> ps                   # Listar procesos activos
vos[0:0]> vmtest               # Crear proceso de prueba de memoria
vos[0:0]> idle                 # Crear proceso idle
vos[0:0]> kill 1               # Terminar proceso con PID 1
vos[0:0]> readvm 1 4           # Leer memoria del proceso 1 en addr 4
vos[0:0]> writevm 1 100 42     # Escribir 42 en addr 100 del proceso 1

Comandos de Filesystem

vos[0:0]> ls                   # Listar directorio actual
vos[0:0]> ls core              # Listar subdirectorio
vos[0:0]> cd core              # Cambiar directorio
vos[0:0]> pwd                  # Mostrar directorio actual
vos[0:0]> touch test.txt       # Crear archivo
vos[0:0]> cat test.txt         # Mostrar contenido

Comandos de Shell

vos[0:0]> shell                # Crear subshell (depth=1)
vos[1:1]> ps                   # Ver procesos desde subshell
vos[1:1]> exit                 # Salir de subshell
vos[0:0]> exit                 # Salir del shell raíz (termina VOS)

Otros Comandos

vos[0:0]> help                 # Mostrar ayuda completa

🗃️ Arquitectura

VOS
├── Kernel (sys.py)
│   ├── Scheduler (Round-Robin)
│   ├── Process Table
│   └── System Calls
│
├── Memoria Virtual (vm.py)
│   ├── Page Table (16 páginas virtuales)
│   ├── Physical Memory (8 frames)
│   └── FIFO Replacement
│
└── Procesos
    ├── PCB (Process Control Block)
    ├── Estados: NEW, READY, RUNNING, TERMINATED
    └── Memoria virtual aislada por proceso

📁 Estructura del Proyecto

vos/
├── vos.py                      # Punto de entrada principal (dispatch loop)
├── core/
│   ├── __init__.py             # Paquete core
│   ├── vm.py                   # Memoria virtual (Lab 1)
│   ├── process.py              # PCB y estados (Lab 2)
│   ├── sched.py                # Scheduler Round-Robin (Lab 2)
│   ├── sys.py                  # Kernel y syscalls (Lab 2 & 3)
│   └── demo_tasks.py           # Programas de ejemplo y shell (Lab 2 & 3)
├── LLM_prompts.md              # Prompts Lab 1
├── LLM_prompts_lab2.md         # Prompts Lab 2
├── LLM_prompts_Lab3.md         # Prompts Lab 3
├── CORRECCIONES_LAB3.md        # Documentación de correcciones
└── README.md                   # Este archivo

🔬 Conceptos Implementados

Memoria Virtual (Lab 1)

  • Paginación: 16 páginas virtuales → 8 frames físicos (256 bytes/página)
  • Page Table: Mapeo virtual→físico con bits present/dirty
  • Page Faults: Carga automática de páginas en demanda
  • FIFO Replacement: Algoritmo de reemplazo cuando no hay frames libres
  • Write-back: Páginas dirty se escriben a "disco" al ser reemplazadas

Gestión de Procesos (Lab 2)

  • PCB: Process Control Block (pid, state, vm, prog, cpu_time, name)
  • Estados: NEW → READY → RUNNING → TERMINATED
  • Scheduling: Round-Robin con cola FIFO
  • Dispatch Loop: Ejecución de time-slices en rotación
  • Aislamiento: Cada proceso tiene su propia memoria virtual

System Calls (Lab 3)

  • Procesos: ps_sys, kill_sys, spawn
  • Memoria: read_vm_sys, write_vm_sys (funcionalidad extra)
  • Filesystem: ls_sys, cd_sys, pwd, touch_sys, cat_sys

Shell Interactivo (Lab 3)

  • Shell Cooperativo: Ejecuta UN comando por dispatch (no bloqueante)
  • Subshells: Comando shell crea procesos shell anidados
  • Stack de Shells: exit sale del shell actual
  • Prompt: vos[PID:DEPTH]> muestra proceso y profundidad
  • Parser: Interpreta comandos y argumentos

🧪 Ejemplos de Uso

Ejemplo 1: Ver Round-Robin en Acción

$ python vos.py

ps: [(0, 'READY')]
[Dispatch] Running PID=0 (shell)
[Shell 0] Started (depth=0)

vos[0:0]> vmtest
[Spawn] Created process 1 (vmtest)

ps: [(0, 'RUNNING'), (1, 'READY')]
[Dispatch] Running PID=1 (vmtest)
[Page Fault] Page 0 not in RAM
[Load] Page 0 -> Frame 0
[Write] vaddr=4 (page=0, offset=4) = 1
[Prog 1] wrote pid=1 to vaddr=4

ps: [(0, 'READY'), (1, 'RUNNING')]
[Dispatch] Running PID=0 (shell)

vos[0:0]> ps
[ps_sys]
  pid=0 state=RUNNING
  pid=1 state=READY

# El proceso vmtest continúa ejecutándose en round-robin...

Ejemplo 2: Trabajar con Archivos

vos[0:0]> pwd
cwd: /home/user/vos

vos[0:0]> touch mi_archivo.txt
[touch_sys] created /home/user/vos/mi_archivo.txt

vos[0:0]> ls
[ls_sys] /home/user/vos:
  mi_archivo.txt
  core
  vos.py
  README.md

vos[0:0]> cd core
[cd_sys] cwd = /home/user/vos/core

vos[0:0]> ls
[ls_sys] /home/user/vos/core:
  __init__.py
  vm.py
  process.py
  sched.py
  sys.py
  demo_tasks.py

vos[0:0]> cd ..
[cd_sys] cwd = /home/user/vos

Ejemplo 3: Funcionalidad Extra - Acceso a Memoria

vos[0:0]> vmtest
[Spawn] Created process 1 (vmtest)

vos[0:0]> ps
# ... (después de algunos dispatches, vmtest escribió en memoria)

vos[0:0]> readvm 1 4
[read_vm_sys] pid=1 vaddr=4 -> 1

vos[0:0]> readvm 1 260
[read_vm_sys] pid=1 vaddr=260 -> 1

vos[0:0]> writevm 1 100 99
[write_vm_sys] pid=1 vaddr=100 value=99

vos[0:0]> readvm 1 100
[read_vm_sys] pid=1 vaddr=100 -> 99

Ejemplo 4: Subshells Anidados

vos[0:0]> ps
[ps_sys]
  pid=0 state=RUNNING

vos[0:0]> shell
[Shell 0] Creating subshell...
[Spawn] Created process 1 (shell)

ps: [(0, 'RUNNING'), (1, 'READY')]
[Dispatch] Running PID=1 (shell)
[Shell 1] Started (depth=1)

vos[1:1]> ps
[ps_sys]
  pid=0 state=READY
  pid=1 state=RUNNING

vos[1:1]> shell
[Shell 1] Creating subshell...
[Spawn] Created process 2 (shell)

vos[2:2]> ps
[ps_sys]
  pid=0 state=READY
  pid=1 state=READY
  pid=2 state=RUNNING

vos[2:2]> exit
[Shell 2] Exiting (depth=2)

ps: [(0, 'READY'), (1, 'READY')]

vos[1:1]> exit
[Shell 1] Exiting (depth=1)

ps: [(0, 'READY')]

vos[0:0]> exit
[Shell 0] Exiting (depth=0)

[Kernel] All processes terminated. Halting.

💡 Características Importantes

Shell Cooperativo

El shell NO usa while True bloqueante. En su lugar:

  • Se ejecuta UN comando por cada dispatch() call
  • Mantiene su estado en el PCB entre llamadas
  • Permite que otros procesos (vmtest, idle) se ejecuten en round-robin
  • Esto demuestra correctamente el concepto de time-slicing

Procesos Terminan Automáticamente

  • vmtest termina después de escribir en 5 páginas
  • idle termina después de 6 ticks
  • Los procesos TERMINATED desaparecen de ps

Subshells con Profundidad

  • Cada subshell incrementa la profundidad: 0 → 1 → 2 → ...
  • El prompt muestra: vos[PID:DEPTH]>
  • exit sale del nivel actual y regresa al anterior

📖 Documentación Adicional

  • LLM_prompts.md - Prompts usados para generar código de Lab 1
  • LLM_prompts_lab2.md - Prompts usados para Lab 2
  • LLM_prompts_Lab3.md - Prompts usados para Lab 3
  • CORRECCIONES_LAB3.md - Explicación detallada de correcciones realizadas
  • preguntas_argumentativas_Lab1.md - Preguntas conceptuales Lab 1
  • preguntas_argumentativas_Lab2.md - Preguntas conceptuales Lab 2

🎓 Conceptos de Sistemas Operativos Cubiertos

  1. Memoria Virtual

    • Traducción de direcciones virtuales a físicas
    • Page tables y frames
    • Page faults y demand paging
    • Algoritmos de reemplazo (FIFO)
    • Dirty bit y write-back

  2. Gestión de Procesos

    • Process Control Block (PCB)
    • Estados de procesos y transiciones
    • Context switching (implícito en dispatch)
    • Scheduling (Round-Robin)
    • Aislamiento de memoria por proceso

  3. System Calls

    • Interfaz kernel-user space
    • Syscalls de procesos (ps, kill, spawn)
    • Syscalls de filesystem (ls, cd, touch, cat)
    • Syscalls de memoria (readvm, writevm)
    • Protección y validación

  4. Shell Interactivo

    • Parser de comandos
    • Procesos cooperativos
    • Subshells y jerarquía
    • Mantenimiento de estado

🤖 Desarrollo con IA

Este proyecto fue desarrollado con ayuda de un LLM (Language Model), documentando los prompts usados en cada lab. Demuestra cómo usar IA efectivamente en proyectos educativos:

  1. Prompts específicos con contexto claro
  2. Iteración y refinamiento de respuestas
  3. Comprensión profunda del código generado
  4. Modificación y adaptación del código
  5. Documentación del proceso

🎯 Características Extra Implementadas

Más allá de los requisitos básicos del Lab 3:

  • ✅ readvm/writevm syscalls: Acceso a memoria de otros procesos para debugging
  • ✅ Sistema de profundidad: Tracking de niveles de subshells
  • ✅ Prompt informativo: vos[PID:DEPTH]> muestra contexto completo
  • ✅ Comando help: Documentación integrada de todos los comandos
  • ✅ Shell cooperativo: Demuestra correctamente time-slicing y scheduling
  • ✅ Manejo de errores: Validación de argumentos y mensajes de error claros

📝 Licencia

Proyecto educativo - Sistemas Operativos

👨‍💻 Autor

Desarrollado como parte de los laboratorios de Sistemas Operativos.

¿Preguntas? Revisa la documentación en los archivos .md del proyecto.

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