Fundamentos del Sistema Operativo: Arquitectura, Kernel y Clasificación Estructural

1. Componentes Fundamentales del Sistema Operativo

1.1 El Núcleo (Kernel)

Es la parte central del sistema que interactúa directamente con el hardware, permitiendo que las aplicaciones accedan a estos recursos de forma segura. Se encarga de la gestión de los recursos del sistema (procesador, memoria, etc.).

La gestión de los recursos se realiza en función de los servicios. Si se necesita usar la memoria, la aplicación realiza una llamada al sistema para alertar al gestor de memoria. Este gestor se encarga de localizar las zonas ocupadas y, finalmente, es el núcleo el que entra en contacto con el hardware para que la acción se lleve a cabo.

1.2 Los Servicios (Gestores de Recursos)

Cuando un usuario ejecuta una aplicación, esta necesitará utilizar los componentes hardware que forman el sistema informático. Por ejemplo, cuando se manda a imprimir un archivo, un componente del sistema operativo se encarga de procesar esta petición y verificar el estado de la impresora instalada.

En este proceso se observa la existencia de una interfaz de comunicación entre aplicaciones y un componente específico que actúa como gestor del elemento que se necesita usar.

Funciones de los Gestores de Recursos:

• Gestor de Memoria: Gestiona la memoria principal (RAM). Se encarga de conocer las partes de la memoria que están libres u ocupadas, además de la asignación y liberación de los procesos.
• Gestor de Procesos: Se encarga de la gestión del procesador. Asigna en cada momento qué proceso debe usar el procesador y asegura que, en caso de haber varios procesos, no se produzca el acceso al mismo tiempo (sincronización). Una vez finalizada la ejecución, se encarga de destruir los procesos.
• Gestor E/S (Entrada/Salida): Gestiona los periféricos.
• Gestor de Archivos y Directorios: Encargado de la gestión del almacenamiento secundario.
• Comunicación y Sincronización entre Procesos: Establece mecanismos para que los procesos puedan comunicarse entre sí y sincronizarse.
• Seguridad: Implementa políticas de acceso y protección.

1.3 Intérprete de Comandos, Órdenes o Shell

Proporciona al usuario la interfaz con la que puede “hablar” con el PC. El usuario dispone de una serie de comandos que ejecutará y que el Shell interpretará, proporcionando información o realizando alguna operación concreta.

2. Estructuras y Tipos de Sistemas Operativos

2.1 Sistemas Operativos Monolíticos

No presentan una estructura clara. Están formados por un único programa donde se integran todos los componentes esenciales (núcleo, servicios e intérprete).

2.2 Sistemas Operativos Estructurados

Sistemas Operativos Estructurados por Capas

• Cada capa define claramente una función del SO y ofrece servicios a la capa que está justo por encima de ella en la estructura, a través de una interfaz de servicios.
• Al estar estructurado en capas, presenta la ventaja de que las funciones se dividen y cada parte es menos compleja. Cada capa conoce las funciones que implementa y no las de las demás, solo la interfaz y cabecera de funciones que puede usar la que está justo debajo de ella.

Ejemplo: Estructura de Capas del SO THE (Technische Hogeschool Eindhoven, 1968)

1. Capa 5: Programas de usuario
2. Capa 4: Gestión de la E/S (Entrada/Salida)
3. Capa 3: Controlador de la consola
4. Capa 2: Gestión de la memoria
5. Capa 1: Planificación de la CPU y multiprogramación
6. Capa 0: Hardware

Sistemas Operativos Cliente-Servidor (Micronúcleo)

• Este modelo busca que la mayoría de las funciones que debe desarrollar el SO se implementen a través de procesos de usuario. Se compone de un micronúcleo y servidores (procesos que desarrollan la funcionalidad).
• El núcleo se encarga principalmente de la gestión básica de procesos, interrupciones, memoria y servicios básicos de comunicación entre procesos.
• Los SO como Windows XP, Vista, 7, etc., siguen este esquema, aunque algunos de sus servidores (gestores) pueden ejecutarse en modo núcleo, aumentando la eficiencia. Por esta razón, se denominan Sistemas Operativos Híbridos.

3. Funciones Esenciales de un Sistema Operativo

Básicamente, un Sistema Operativo (SO) debe cumplir dos objetivos principales:

• Gestión de Recursos: Administrar los recursos hardware del sistema informático donde se ejecuta.
• Interfaz de Usuario: Proporcionar una interfaz adecuada para su uso por parte del usuario.