Sistemas Operativos, Paginación, Fragmentación y Niveles RAID: Conceptos Esenciales

Definición de Sistema Operativo, Funciones y Tipos

Un sistema operativo es un programa o conjunto de programas que, en un sistema informático, gestiona los recursos de hardware y provee servicios a los programas de aplicación. Actúa como intermediario entre el usuario y el hardware de la computadora. Es, en esencia, el alma del ordenador, permitiendo la comunicación y el funcionamiento coordinado de todos sus componentes.

Ejemplos de sistemas operativos:

• Linux
• Windows
• macOS
• Backtrack (ahora conocido como Kali Linux)
• Android

Paginación de Memoria

La paginación es un esquema de gestión de memoria mediante el cual se divide la memoria física en bloques de igual tamaño, denominados marcos de página, y los programas (procesos) en bloques del mismo tamaño, llamados páginas. Esto permite que la memoria asignada a un proceso no sea contigua, optimizando el uso de la memoria RAM y minimizando la fragmentación interna.

Fragmentación Interna y Externa

Fragmentación Interna

La fragmentación interna ocurre cuando se asigna a un proceso más memoria de la que realmente necesita. Por ejemplo, si un sistema utiliza particiones fijas de memoria y un proceso ocupa una partición completa, aunque no utilice todo el espacio asignado, ese espacio restante se desperdicia. Este desperdicio es la fragmentación interna.

Fragmentación Externa

La fragmentación externa se produce cuando hay suficiente espacio total de memoria libre para satisfacer la solicitud de un proceso, pero este espacio no es contiguo. Está disperso en pequeños bloques no utilizables. La compactación de memoria es una técnica que se utiliza para reducir la fragmentación externa, reorganizando la memoria para unir los bloques libres en un bloque contiguo más grande.

RAID: Redundant Array of Independent Disks

RAID (Arreglo Redundante de Discos Independientes) es un método que combina múltiples discos duros en una sola unidad lógica. El objetivo principal es mejorar la tolerancia a fallos (protección contra pérdida de datos) y/o aumentar el rendimiento del sistema de almacenamiento.

Beneficios de usar RAID:

• Protección contra la pérdida de datos: En caso de fallo de un disco, la información puede ser recuperada.
• Mayor rendimiento: Permite que varias unidades trabajen en paralelo, aumentando la velocidad de lectura y escritura.
• Mayor fiabilidad: Reduce la probabilidad de pérdida de datos debido a fallos de hardware.

Niveles de RAID

RAID 0 (Stripping)

El RAID 0 divide los datos en bloques y los distribuye entre los discos del arreglo. No ofrece redundancia de datos, por lo que no es tolerante a fallos. Si un disco falla, se pierden todos los datos.

• Ventajas:
  • Permite crear volúmenes grandes a partir de discos pequeños.
  • Ofrece un alto rendimiento, tanto en lectura como en escritura.
• Desventajas:
  • No hay tolerancia a fallos. La pérdida de un disco implica la pérdida de todos los datos.
  • Puede incrementar el consumo energético del equipo.

RAID 1 (Mirroring)

El RAID 1, también conocido como "espejo", duplica los datos en dos o más discos. Todos los discos contienen una copia exacta de la información.

• Ventajas:
  • Alta tolerancia a fallos. Si un disco falla, se puede seguir trabajando con la copia del otro disco.
  • Facilita la recuperación de datos.
• Desventajas:
  • Es ineficaz en términos de capacidad de almacenamiento, ya que se requiere el doble de espacio.
  • Puede ser más lento en escritura que un solo disco, ya que los datos se escriben en todos los discos simultáneamente.
  • Mayor coste, debido a la necesidad de duplicar los discos.

RAID 2 (Hamming Code ECC)

El RAID 2 utiliza una técnica de corrección de errores basada en el código de Hamming. Divide los datos a nivel de bits y utiliza discos adicionales para almacenar la información de corrección de errores. Este nivel de RAID no se utiliza en la práctica debido a su complejidad y coste.

• Ventajas:
  • Permite tasas de transferencia muy altas (en teoría).
• Desventajas:
  • Extremadamente complejo y costoso de implementar.
  • Requiere un gran número de discos para la corrección de errores (en un sistema moderno, se necesitarían 32 discos para datos y 7 para corrección).
  • Lento en comparación con otros niveles de RAID.

RAID 5 (Distributed Parity)

El RAID 5 es uno de los niveles de RAID más populares y versátiles. Distribuye los datos y la información de paridad (un cálculo que permite reconstruir los datos en caso de fallo de un disco) entre todos los discos del arreglo. Ofrece un buen equilibrio entre tolerancia a fallos, rendimiento y capacidad de almacenamiento.

• Ventajas
  • Buena tolerancia a fallos.
  • Buen rendimiento, especialmente en lectura.
  • Uso eficiente del espacio de almacenamiento.
• Desventajas
  • El rendimiento de escritura puede ser inferior al de RAID 0 o RAID 1.
  • La reconstrucción de un disco fallido puede llevar tiempo.