Fundamentos de los Sistemas Operativos: Qué Son, Funciones Clave y Tipos de Kernel

¿Qué es un Sistema Operativo?

Un Sistema Operativo (SO) es el software base fundamental que se encarga de coordinar y dirigir todas las operaciones y servicios que utiliza un ordenador. Actúa como el gestor principal de los recursos del sistema.

Funciones Principales

Las tareas esenciales que realiza un sistema operativo incluyen:

• Controlar la ejecución de los programas de aplicación.
• Administrar los recursos del hardware: procesadores, memoria, almacenamiento, dispositivos de entrada/salida (E/S) y datos.
• Proteger los espacios de memoria asignados a cada programa para evitar conflictos.
• Facilitar la comunicación entre los diferentes dispositivos conectados al ordenador.
• Permitir al usuario controlar los dispositivos de entrada/salida.
• Gestionar la organización de los datos para un acceso rápido y seguro, administrando el sistema de archivos (por ejemplo, FAT, FAT32, NTFS).
• Facilitar la gestión, instalación y uso de redes de computadoras, permitiendo a los usuarios compartir recursos de hardware y datos.

Rol e Importancia del Sistema Operativo

En resumen, un sistema operativo actúa como un intermediario crucial entre el hardware del ordenador, las aplicaciones instaladas y el usuario final.

La comunicación entre el sistema operativo y el usuario puede realizarse a través de una interfaz de línea de comandos (CLI) o mediante un entorno gráfico de usuario (GUI).

Sin un sistema operativo, cada programa de aplicación necesitaría incorporar su propio sistema de gestión de archivos (para operaciones como abrir, guardar, copiar) y rutinas específicas para acceder a cada tipo de dispositivo (unidades de disco, monitor, etc.). Esto implicaría:

• Una mayor complejidad en el desarrollo de los programas.
• Un aumento considerable del tamaño de las aplicaciones.
• La necesidad de implementar programas directamente en lenguaje máquina, dificultando enormemente su portabilidad y uso en diferentes máquinas con distintas configuraciones y características.

Si un ordenador no dispone de sistema operativo, no se puede realizar ninguna acción ni ejecutar ningún programa. Es la pieza de software esencial para el funcionamiento del equipo.

Evolución y Tipos de Núcleo (Kernel)

Históricamente, los usuarios de ordenadores de las décadas de 1940 a 1960 interactuaban directamente con el hardware, introduciendo instrucciones en lenguaje máquina mediante teclados o tarjetas perforadas.

El sistema operativo es el primer programa que se carga en la memoria al arrancar el ordenador (proceso de arranque o boot). Si intentamos arrancar el ordenador con un disco que no contiene un sistema operativo válido, típicamente se muestra un mensaje como: NOT SYSTEM DISK.

Los primeros sistemas operativos, como UNIX, MS-DOS y las versiones iniciales de Linux, a menudo utilizaban un diseño monolítico. Esto significa que la mayor parte de los servicios y controladores residían directamente en su núcleo (kernel). Este enfoque resultaba en sistemas muy rápidos, ya que las funciones esenciales estaban cargadas en memoria, pero podía comprometer la estabilidad y dificultar las actualizaciones.

Los sistemas operativos modernos suelen incluir programas de utilidades adicionales que permiten realizar tareas de mantenimiento y gestión, como comprobar el estado del disco duro, editar textos, realizar copias de seguridad o recuperar datos borrados.

Si todas estas utilidades se cargaran en memoria desde el inicio junto con el núcleo, se consumirían demasiados recursos del sistema, restando capacidad para las aplicaciones del usuario. Por ello, surgió el enfoque de microkernel.

Eliminando funcionalidades no esenciales del núcleo y ejecutándolas como procesos separados (servidores), los sistemas operativos con arquitectura microkernel ganan en estabilidad y modularidad, aunque pueden experimentar una ligera pérdida de rendimiento en comparación con los monolíticos puros. La mayoría de los sistemas operativos actuales, como Windows (desde NT, incluyendo Vista, Windows 7 y posteriores) y Mac OS X, utilizan arquitecturas híbridas o de tipo microkernel.