Fundamentos de Sistemas Operativos y Arquitectura de Redes: Conceptos Esenciales de TI

Sistemas Operativos (S.O.)

El Sistema Operativo (S.O.) es un programa que actúa como enlace entre el usuario y el hardware.

Propósito y Objetivos del S.O.

• Propósito: Proporcionar un entorno en el cual el usuario pueda ejecutar programas.
• Objetivo: Lograr eficiencia en la gestión de recursos y la ocultación de detalles internos, consiguiendo así comodidad para el usuario.

Tipos de Sistemas Operativos

Los S.O. se clasifican dependiendo de sus características (tipo de interfaz, número de usuarios, procesos, procesadores) o por su estructura interna o forma de ofrecer los servicios.

Clasificación por Estructura Interna

Monolíticos

Sistemas sin estructura definida, muy eficientes, pero difíciles de mantener y mejorar.

Sistemas con Capas

Las capas superiores no tienen que preocuparse de las inferiores. Se estructuran en niveles:

• Núcleo (Kernel): Tareas básicas.
• Ejecutivo: Gestión de memoria.
• Supervisor: Control de entrada/salida (E/S).
• Usuario: Control de procesos que utiliza el usuario.

Máquinas Virtuales (MV)

No son máquinas extendidas, sino copias exactas del hardware simple.

Modelo Cliente-Servidor

Modelo de S.O. con solo dos capas: el núcleo y todos los demás módulos por encima.

Funciones Esenciales del Sistema Operativo

El S.O. es responsable de la administración de los recursos del sistema:

• Gestión de CPU.
• Gestión de Memoria.
• Gestión de E/S.
• Gestión de Dispositivos de Almacenamiento.
• Gestión de Usuarios.
• Intérprete de Comandos.

Gestión de CPU

Monoprogramación

Funcionamiento: Cuando un programa realiza una operación de E/S, hace una llamada al sistema. Cuando finaliza esa operación, el periférico genera una interrupción que provoca la llamada al S.O. y continúa con la ejecución del programa. Cuando acaba la ejecución, el ordenador está listo para aceptar uno nuevo.

Desventajas: Desaprovecha la memoria principal (MP), desaprovecha el procesador y los periféricos están infrautilizados.

Multiprogramación

Se aprovechan los tiempos muertos, los tiempos de acceso a periféricos y el espacio de memoria principal no ocupado por procesos o por el S.O.

Planificación de Procesos (Scheduling)

La planificación puede ser:

• Apropiativa o Expulsora: El proceso puede ser interrumpido antes de finalizar.
• No Apropiativa: El proceso se ejecuta hasta acabar.

Métricas de Planificación

• Tiempo de Retorno: Tiempo transcurrido entre la llegada y la finalización del proceso.
• Tiempo de Espera: Tiempo que el proceso está listo esperando ser ejecutado.
• Tiempo de Respuesta: Tiempo que tarda el proceso en entrar a la CPU por primera vez.

Algoritmos de Planificación

1. FCFS (First-Come, First-Served): El primero que llega es el primero en ser enviado a la CPU. Es no apropiativo. Favorece trabajos cortos al principio.
2. SJF (Shortest Job First): No apropiativo. Da servicio al proceso que menos tiempo de CPU requiere. El más largo es el último.
3. SRPT (Shortest Remaining Processing Time): Si llega un proceso más corto que el tiempo restante del proceso actual, lo expulsa y se ejecuta el más corto. Es apropiativo.
4. Round Robin (RR): Apropiativo. Se asigna un quantum (intervalo de tiempo) a cada proceso.

Redes de Computadores

Una Red de Computadores es un conjunto de computadoras interconectadas a través de un medio por el que intercambian información.

Tipos de Redes según el Área que Abarcan

• LAN (Local Area Network): Alcance o cobertura limitada. Tecnología homogénea. Administración privada (ej. Wi-Fi).
• MAN (Metropolitan Area Network): Área metropolitana.
• WAN (Wide Area Network): Grandes áreas. Suelen usarse diversas tecnologías. Administración pública y privada (ej. Internet).

Tipos según el Uso de las Líneas

Las conexiones pueden ser de línea punto a punto o multipunto.

Topologías de Red

La topología define la disposición física o lógica de los nodos de una red.

• Bus: Emplea un cable principal donde están todos conectados. Un fallo en el cable principal hace que deje de funcionar toda la red.
• Estrella: Estaciones conectadas a un punto central (*hub* o *switch*). Un fallo en el *hub* provoca la caída de la red.
• Árbol: Parecida a la estrella, pero no tiene un nodo central único; se interconectan *hosts*.
• Malla: Se busca conexión física entre todos los ordenadores. Muy cara.

Tecnologías de Redes de Área Local (LAN)

• Ethernet: Redes privadas que utilizan topología bus o estrella. Una característica es que la información se transmite a todos los nodos (se escucha).
• Redes LAN Inalámbricas: Formadas por un punto de acceso (ej. Wi-Fi).

Tarjetas de Red (NIC)

Las Tarjetas de Red permiten unir el computador con los medios de transmisión y enviar y recibir paquetes de datos desde y hacia otras computadoras empleando un protocolo.

Arquitectura de Redes: Modelo OSI

El Modelo OSI (Open Systems Interconnection) es un modelo creado por ISO que se encarga de la conexión entre sistemas abiertos.

Capas del Modelo OSI

1. Física
2. Enlace
3. Red
4. Transporte
5. Sesión
6. Presentación
7. Aplicación

Cortafuegos (Firewalls)

Mecanismo que combina hardware y software para aislar una red local de Internet.

Funciones del Cortafuegos

• Bloquear el acceso a determinados lugares en Internet.
• Filtrar los paquetes que circulan entre la red local e Internet.
• Monitorizar el tráfico.

Los cortafuegos se construyen a partir de dos componentes: filtros y nodos bastión.

Internet

Red formada por la interconexión de redes a lo largo de todo el mundo, que utiliza la pila de protocolos TCP/IP.