Fundamentos de Sistemas Operativos: Un Vistazo Completo

Cometido de un Sistema Operativo

El software encargado de ejercer el control y coordinar el uso del hardware entre diferentes programas de aplicación y los diferentes usuarios. Actúa como un administrador de los recursos de hardware del sistema, una máquina extendida.

Funciones del S.O.

Controlador de Recursos: Software encargado de ejercer el control y coordinar el uso del hardware entre diferentes programas de aplicación y los diferentes usuarios. Es un administrador de recursos.

S.O. como Máquina Extendida

Aísla al usuario de la extremada complejidad del hardware, tanto al usuario final como a los programadores. Oculta los detalles de administración del sistema y proporciona una interfaz agradable y amigable.

Interfaz: Medio de comunicación entre dos elementos del ordenador o entre éste y el usuario.

S.O. como Controlador de Recursos

Coordina el uso del hardware por parte de los programas (reparto de recursos).

Funciones:

• Proporcionar una asignación ordenada y controlada de los recursos: procesadores, memoria principal, almacenamiento y dispositivos de E/S para los programas (procesos) que compiten por su uso.

Se pueden distinguir una serie de capas de un ordenador:

• Aplicaciones (Microsoft)
• Sistema Operativo (Windows)
• Hardware (chipset)

El S.O. se crea para un determinado hardware y las aplicaciones para un determinado S.O.

S.O. como Controlador de Recursos (Comunicación e Interfaces)

La comunicación entre los diferentes niveles se realiza mediante las interfaces.

Para realizar las diferentes funciones, el S.O. cuenta con una serie de servicios.

Los servicios pueden usarse para:

1. Crear y ejecutar programas.
2. Acceder a los dispositivos de E/S.
3. Acceder a la información almacenada de forma segura.
4. Solucionar posibles errores de hardware y software.
5. Mantener estadísticas del sistema.

La mayoría de los servicios se instalan y configuran al instalar el propio sistema operativo, ya que algunos de ellos son esenciales para el funcionamiento adecuado de las aplicaciones.

Tipos de Sistemas Operativos

Se pueden clasificar según distintos criterios:

1. Por el número de procesos (programas en ejecución)
2. Monoprogramación o monotarea
3. Multiprogramación o multitarea
4. Por el número de usuarios
5. Monousuario
6. Multiusuario
7. Por el número de procesadores
8. Monoprocesador
9. Multiprocesador
10. Por su ámbito: Sistemas Operativos Monopuesto, Sistemas Operativos de Red y Distribuidos.

Por el nº de Procesos: Sistemas Monoprogramables o Monotarea

En estos S.O. sólo hay un programa en memoria (y por tanto en ejecución) cada vez, que dispone de todos los recursos.

Este tipo de Sistemas Operativos son poco complejos, dado que no hay que gestionar el acceso concurrente a los dispositivos de Entrada/Salida.

Por el nº de Procesos: Sistemas Multiprogramables o Multitarea

Sistemas que permiten la carga simultánea de varios programas en memoria.

Este tipo de Sistemas Operativos son muy complejos, dado que:

• Gestionan el acceso concurrente a los dispositivos de Entrada/Salida.
• Asignan y liberan periféricos.
• El sistema de gestión de memoria es muchísimo más complejo al haber varios programas en memoria.
• Son capaces de alternar la ejecución entre varios procesos.

Por el nº de Usuarios

a) Monousuario: Cuando solo un usuario trabaja con el ordenador.

b) Multiusuario: Se admiten varios usuarios trabajando simultáneamente. Son también multitarea. El S.O. debe mantener entornos personales para cada uno, comprobar su identidad, llevar la contabilidad de los recursos usados, proteger la información, etc.

Por el nº de Procesadores

a) Monoprocesador: La máquina tiene un solo procesador. Si es un sistema operativo multiprogramado, el procesador reparte su tiempo para la ejecución de los distintos programas cargados en memoria.

b) Multiprocesador: La máquina tiene varios procesadores. Cada uno puede funcionar independientemente de los demás. El S.O. debe ser multiprogramado.

• Multiproceso simétrico (SMP): El S.O. reparte la ejecución de los procesos entre todos los procesadores disponibles.
• Multiproceso asimétrico (AMP): El S.O. reparte las tareas de forma no igualitaria, de forma que un procesador puede estar parado mientras otro funciona al 100%.

Por su Ámbito: Sistemas Operativos de Red

Los sistemas operativos de red se definen como aquellos que tienen la capacidad de interaccionar con sistemas operativos en otras computadoras a través de un medio de transmisión (red local). Proporcionan usuarios de la red, diferentes de los usuarios locales de cada uno de los equipos, que pueden iniciar sesión en los diferentes equipos de la red. Centralizan la gestión de recursos.

Sistemas Distribuidos

Es una evolución a partir de las redes. Se trata de un grupo de ordenadores, capaces de comunicarse y cooperar mediante conexiones entre ellos (hardware y software) de forma que se comportan como un único ordenador, mucho más potente. El S.O. distribuido gobierna el conjunto de equipos informáticos. El usuario percibe el conjunto de máquinas como un solo sistema (no necesita saber qué cosas están en qué máquinas).

Sistemas Operativos Monopuesto

Controlan un solo ordenador, aunque tienen capacidades de comunicación en red. Actualmente son multiusuario (un solo usuario con sesión en ‘terminal’ y varios con sesión a través de la red) y multitarea.

Interrelación del Sistema Operativo

1. Los usuarios solicitan la ejecución de aplicaciones e interactúan con ellas.
2. Las aplicaciones utilizan datos y recursos de hardware; para ello, necesitan pedírselo al Sistema Operativo.
3. El Sistema Operativo efectúa las peticiones al hardware.
4. El hardware acepta las peticiones del S.O. y las realiza, devolviendo en su caso los datos solicitados.
5. El S.O. crea un hardware virtual para las aplicaciones y usuarios, más sencillo de usar.

Llamadas al Sistema

Los programas del usuario se comunican con el sistema operativo y le solicitan servicio mediante las llamadas al sistema. Los lenguajes de programación tienen instrucciones que se traducen casi directamente en llamadas al sistema. El número y tipo de llamadas al sistema varía de un sistema operativo a otro.

Procesos

Un proceso es un programa en ejecución. Consta del propio programa, los datos que necesita y la información necesaria para que el S.O. administre el proceso (contenido de registros del procesador, prioridad, estado...).

Cuando un proceso termina de ejecutarse, el Sistema Operativo es el encargado de liberar las zonas de memoria ocupadas por el proceso que ha terminado.

Los Sistemas Operativos multiprogramados son capaces de alternar la ejecución de los procesos que se encuentran en memoria.

Usuario

Para cada usuario, el S.O. debe mantener un entorno personalizado, asegurar la privacidad de sus datos y controlar que sólo realiza las operaciones para las que tiene permiso.

Todos los procesos están asociados al usuario que los activó. Los S.O. identifican a los usuarios por medio de la identificación de usuario o id. En muchos casos, los usuarios se organizan en grupos de trabajo. En todos los sistemas multiusuario hay un usuario privilegiado, superusuario o administrador del sistema.

Administrador de Memoria

El S.O. se ocupa de controlar qué procesos y datos de éstos (toda la información de cada proceso) ocupan la memoria. A esto se le llama administración de memoria.

El S.O. carga en memoria información de los espacios ocupados y por quién, decide qué procesos usarán la memoria en la medida que ésta se torne disponible, y ocupa y libera memoria.

La memoria virtual es la capacidad que tiene el sistema operativo para manejar espacios de disco como si fueran una extensión de la memoria principal. Esto sirve para poder ejecutar programas más grandes que la memoria física y también para ejecutar una mayor cantidad de programas.

Archivos

Un archivo o fichero informático es un conjunto de datos almacenado en un soporte de información de forma perdurable.

Todos los S.O. almacenan la información en archivos. Para reconocerlos, se asigna a cada uno un nombre, formado por una cadena de caracteres. Su longitud máxima, los caracteres que pueden figurar en él y la distinción entre mayúsculas y minúsculas dependen del S.O.

Sistemas de Archivos

Un sistema de archivos es la estructura de archivos y directorios y toda la información interna necesaria para gestionar dicha estructura. Dicha estructura se organiza en forma de árbol.

1. Directorio Raíz: Es el directorio superior jerárquicamente de toda la estructura.
2. Directorio activo, actual o de trabajo: Es el directorio utilizado en un momento determinado por un proceso. Cada proceso tiene su propio directorio de trabajo.
3. Ruta Absoluta: Es la ruta o trayectoria desde el directorio raíz hasta el archivo o directorio que se quiere identificar.
4. Ruta Relativa: Es la ruta o trayectoria desde el directorio activo hasta el archivo o directorio que se quiere identificar.

Los archivos también tienen asignados atributos (sólo lectura, sistema, oculto, fecha de creación, ...) y permisos (para permitir o no su acceso por determinados usuarios).

Directorio

Un directorio es un contenedor de archivos y de otros directorios. Al poder contenerse unos directorios dentro de otros, se acaba creando una estructura jerárquica o en árbol.

Intérprete de Comandos

El intérprete de comandos es un programa del S.O. con interfaz basada en texto y utilizado para manejar el sistema. Nos comunicamos con el sistema mediante el uso de órdenes escritas que reciben el nombre de comandos.