SISTEMAS OPERATIVOS (S.O.)

SISTEMAS OPERATIVOS (S.O.)

Historia de los sistemas operativos y tendencias

En la década de los 70 nace uno de los primeros S.O. con la filosofía de administrar una familia de computadoras, el OS/360 de IBM fue un proyecto tan novedoso y ambicioso que enfrentó, por primera vez, una serie de problemas nuevos, como el empleo de computadoras en labores cotidianas y no sólo en el ámbito militar y científico. Surge también la próxima generación de computadoras, propiciada por la integración a gran escala, pudiendo crear circuitos integrados con miles de transistores en un centímetro cuadrado de silicón; aparece el nuevo concepto de la multiprogramación y es posible hablar de las computadoras personales o PC y mega computadores. Nacen los conceptos de interfaces amigables intentando así, atraer al público en general al uso de las computadoras como herramientas cotidianas. Se hace popular el MS-DOS y el UNIX como nuevos sistemas operativos. También es común encontrar clones de computadoras personales y una multitud de empresas pequeñas ensamblándolas, por todo el mundo.

Para mediados de los años 80, comienza el auge de las redes de computadoras, con ello, la necesidad de S.O. en Red. La red mundial Internet, se va haciendo más accesible y comienzan a dar muchas soluciones a problemas cotidianos. Para los años 90 el paradigma de la Programación Orientada a Objeto (P.O.O.) cobra auge. Las aplicaciones se crean para ser ejecutadas en varias plataformas y poder ver sus resultados en la pantalla, creando la diversificación de las tecnologías informáticas. Para el nuevo milenio, la velocidad de procesamiento se incrementa haciendo posible atacar problemas verdaderamente complejos como son: pronosticar el clima, estudio del genoma humano, Inteligencia Artificial (I.A.) y muchos otros.

La utilización de plataformas con múltiple procesadores permitirá a los nuevos S.O. gestionar herramientas basadas en nuevos conceptos de programación tales como minería de datos, redes neuronales, lógica difusa, etc. que imitarán el comportamiento humano creando máquinas con un poder de auto dependencia cada vez mayor. Estas máquinas realizarán tareas en condiciones verdaderamente críticas salvaguardando la vida de sus operarios, ya que estos las manejarán a distancia segura, además cabe destacar que no sólo se utilizarán en tareas riesgosas, sino en aquellas que incrementarán la productividad.

Definición de sistema operativo

El sistema operativo es un conjunto de programas destinados a permitir la comunicación del usuario con el computador, encargándose de aportar mecanismos y reglas básicas para su funcionamiento, tanto en la parte física (hardware), como en parte intangible (software), para cada uno de los programas que los solicite.

Un sistema operativo tiene como propósito general proveer un entorno en el cual, el usuario pueda trabajar con programas para diferentes finalidades. Adicionalmente, entre sus objetivos se cuentan: el uso del hardware o parte física de una computadora de una manera eficiente, proveer un entorno en el cual los demás programas puedan realizar su trabajo; además es el encargado de controlar y dirigir al todas las tareas de la partes internas del computador, traduciendo las instrucciones de cada programa, a un lenguaje, que el computador pueda interpretar o comprender. Ver figura 1.

USUARIO

SISTEMAS OPERATIVOS

COMPUTADOR

Figura 1. Comunicación usuario-sistemas operativos-computador

Los sistemas operativos, motivados por su condición de simplificar el manejo de la computadora, desempeñan una serie de funciones básicas esenciales para la gestión del computador, entre las más destacables, se encuentran las siguientes:

· Gestionar los recursos del computador, tales como, tamaño de memoria, manejadores, controladores, dispositivos de entrada y salida, acceso al C.P.U. (Unidad Central de Procesamiento), para los diferentes procesos que se estén ejecutando (programas)

· Servir como interfaz entre el usuario y la máquina, ejecutando instrucciones emanadas del usuario e interpretándolas, para que sean comprendidas por el computador.

Los sistemas operativos como gestores de recursos

Realmente, todos los procesos activos, y programas en la memoria RAM compiten por los recursos existentes en el Computador, estos recursos son: memoria, acceso a dispositivos de entrada y salida, atención del C.P.U., datos, líneas de comunicación (Bus). El sistema operativo coordina esta asignación, distribuyendo de forma eficiente a todos los programas que lo soliciten.

Los sistemas operativos como interfaz de usuario

Un sistema operativo, como interfaz, es una capa gráfica entre el hardware y el usuario, que facilita las herramientas e interfaces adecuadas para realizar sus tareas, ocultándole los complicados procesos necesarios para llevarlas a cabo. Por ejemplo, un usuario normal simplemente, abre los archivos grabados en un disco, sin preocuparse por la disposición de estos en el dispositivo de almacenamiento, los tiempos de revolución del disco duro, la posición del cabezal de lectura, el acceso de otros usuarios.

Componentes del sistema operativo

Los sistemas operativos, son programas que han alcanzado un gran tamaño, debido a las múltiples labores que desempeñan, por esta razón, para construir un S.O., es conveniente dividirlo en componentes más pequeños. Estos son:

· Gestión de procesos: es la gestión de las diferentes operaciones sobre los procesos que se producen dentro de un sistema operativo; incluye la gestión de los recursos del sistema, tales como, espacio de direcciones.

· Gestión de memoria: este componente administra lo concerniente a todo lo que sucede en función de la memoria física y virtual de la computadora.

· Gestión de archivos y directorios: es el programa que provee a los usuarios y aplicaciones, servicios de para el uso, acceso y control de accesos, tanto de archivos como de directorios.

· Gestión de la E/S (Entrada/Salida): consiste en un programa que posee en una serie de componentes que controlan los dispositivos hardware y proporcionan una interfaz para que las aplicaciones puedan acceder a ellos.

· Seguridad y protección: se refiere a los programas y controles con que cuentan los sistemas operativos para el resguardo del acceso a los que recursos del sistema.

· Comunicación y sincronización entre procesos: son los programas necesarios dentro del sistema operativo donde se producen la transmisión de datos para unificar a los procesos receptores y a transmisores. Típicamente suceden mediante los respectivos relojes internos.

· Intérprete de órdenes: es una aplicación que recibe las órdenes, las escribe y las traduce en instrucciones al sistema operativo. Es únicamente un interfaz que permite traducir a la computadora, las órdenes emitidas por el usuario a trasvés del ratón y el teclado.

Tipos de sistemas operativos

Los sistemas operativos pueden clasificarse según su tipología, entre ellos se encuentran:

Sistemas operativos por lotes

El procesamiento por lote precisa, generalmente, que el programa, los datos y las ordenes adecuadas al sistema, sean remitidos todos juntos en forma de cola. Los S.O. por lote permiten poca o ninguna interacción con el usuario y los programas de ejecución.

Los programas que no requieren interacción con el usuario o poseen largo tiempo de espera y están bien servidos por este tipo de sistemas operativos son los conocidos sistemas de nóminas, predicción del tiempo, cálculos científicos, entre otros.

Sistemas operativos de multiprogramación

Los S.O. del tipo de multiprogramación soportan generalmente múltiples tareas (dos o más simultáneamente), la principal característica es el incremento del desempeño de los C.P.U. Así por ejemplo, mientras se ejecutan operaciones de entrada y salida de un programa, el sistema operativo ocuparse en dar servicio a otros que ameriten su atención. Un sistema operativo multiprogramado es bastante sofisticado, tiene varios programas para ejecutar, esto significa que debe tenerlos simultáneamente en memoria principal y para esto, requiere de una asignación de memoria dinámica. Además, el S.O. debe seleccionar uno de estos programas para su ejecución inicial, denominándose “Prioridad de Procesos”, lo cual involucra la planificación del C.P.U. por parte del S.O. Como podemos darnos cuenta, los S.O. de multiprogramación, requieren de tareas adicionales para su desempeño.

Sistemas operativos de tiempo compartido

Los S.O. de tiempo compartido son dignos representantes de los S.O. de multiprogramación. Son sistemas que comparten tiempo de ejecución para cada usuario, según sus necesidades, dando la impresión a cada usuario de disponer de una máquina propia. El principal objetivo es el de proporcionar un buen tiempo de respuesta para cada uno, permitiendo que muchos usuarios compartan simultáneamente un sistema informático.

En estos S.O. los trabajos deben permanecer simultáneamente en memoria, lo cual requiere de algunas técnicas de administración y protección, tal que se pueda obtener un tiempo de respuesta razonable. Los trabajos son intercambiados entre la memoria principal y memoria física. Los sistemas operativos de tiempo compartido deben proveer mecanismos para la sincronización y comunicación, deben asegurar además que los procesos no quedarán por siempre esperando que otro termine.

Sistemas operativos para plataformas con multiprocesadores

Un sistema multiprocesador tiene varios C.P.U. compartiendo memoria y periféricos. Las ventajas evidentes son mayor potencia de computación y fiabilidad, porque el sistema asigna una tarea específica a cada procesador. Un procesador maestro controla el sistema y los otros esperan o tienen tareas predefinidas. Este esquema define una relación maestro/esclavo es decir que uno controla y los demás obedecen. Los sistemas de tiempo compartido están constituidos generalmente de un procesador grande (principal) y un procesador más pequeño, que sólo es responsable de las entradas/salidas sobre las estaciones de trabajo esclavas.

Otra forma son las redes de computadores, donde se comunican muchos sistemas informáticos independientes, transfiriéndose información. Sin embargo, cada sistema tiene su propio S.O. y trabaja independientemente. Se pueden clasificar en:

· Sistemas multiprocesadores simétricos, en el cual cada procesador ejecuta una copia idéntica del sistema operativo y se comunica con los demás procesadores según sus necesidades.

· Multiprocesadores asimétricos, en los cuales cada procesador tiene asignada una tarea predefinida. Un procesador maestro controla el sistema y es también denominado servidor.

Sistemas operativos distribuidos

La principal diferencia entre los sistemas de multiprocesadores y distribuidos, es que estos últimos no comparten memoria y periféricos. Cada procesador tiene su propia memoria local. Los procesadores se comunican entre si a través de líneas de comunicación, tales como líneas telefónicas o buses (líneas de comunicaciones) de alta velocidad estos procesadores pueden variar en tamaño y función.

Las principales ventajas de este sistema son:

· Recursos compartidos: si tenemos varias computadoras conectadas entre si, los usuarios podrán utilizar los recursos de otras.

• Velocidad de computación: si una operación se puede sub-dividir en un número más pequeño en sub-operaciones, estas se ejecutarán concurrentemente en varias computadoras, entonces el sistema distribuido permite sub-operación en varias computadoras.

• Confiabilidad: si una computadora falla, las demás continúan operando sin problema. El sistema está compuesto de un número muy grande de instalaciones autónomas. La falla de una no afecta a las demás. Por el contrario, si cada computadora ejecuta una función crítica y la falla de esta puede afectar al sistema general, se utiliza una configuración redundante (tanto de hardware como de datos) para que el sistema pueda continuar con su ejecución en caso de falla.

• Comunicación: en muchas ocasiones los programas necesitan intercambiar datos con otros sistemas, los sistemas distribuidos permiten la planificación de este intercambio.

Sistemas operativos tiempo real

Son sistemas operativos que responden en su gran mayoría a eventos ocurridos externamente, realizan tareas prefijadas, tales como control industrial, equipos de comunicación telefónica, control de vuelo, simulación en tiempo real, aplicaciones militares, sistemas médicos, etc.

Los S.O. de tiempo real, garantizan que las tareas críticas se ejecutarán en tiempo corto. Los datos son almacenados en memorias físicas no-volátiles (ROM), no utilizan técnicas de memoria virtual, ni tiempo compartido, ambas técnicas no pueden ser implementadas.

Sistemas operativos combinados

Los S.O. pueden no pertenecer a un tipo específico, sino que pueden ser una combinación de varios de estos; permiten que el usuario tenga varios servicios. Por ejemplo, un S.O. de multiprogramación se le puede adicionar características de un S.O. de procesamiento por lote, siempre y cuando éste se ejecute en los momentos en que el C.P.U. esté inactivo.

Características de los sistemas operativos

Los sistemas operativos pueden clasificarse, según su funcionalidad y según sus procesos en:

Administración de tareas:

• Monotarea: solamente puede ejecutar un proceso en un momento dado. Una vez que empieza a ejecutar un proceso, continuará hasta su finalización o interrupción.

• Multitarea: es capaz de ejecutar varios procesos al mismo tiempo. Este tipo de S.O. normalmente asigna recursos disponibles (C.P.U., memoria, periféricos, etc.) de forma alternativa a los procesos que los solicitan, de manera que el usuario percibe que todos funcionan a la vez.

Administración de usuarios:

• Monousuario: sólo permite ejecutar los programas de un usuario al mismo tiempo.

• Multiusuario: si permite que varios usuarios ejecuten simultáneamente sus programas, accediendo a la vez a los recursos del ordenador. Normalmente, estos S.O. utilizan métodos de protección de datos, de manera que un programa no pueda usar o cambiar los datos de otro usuario.

Manejo de recursos:

• Centralizado: permiten utilizar los recursos de un sólo ordenador.

• Distribuido: permiten utilizar los recursos (memoria, CPU, Disco, Periféricos) de más de un ordenador al mismo tiempo.

Manejo de Plataforma:

· Multiplataforma: Es el hardware en el que el S.O. puede ejecutarse. Generalmente, estos equipos son los conocidos: 386, 486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II, AMD, Motorola, Athlon.

Según sus procesos:

• Permiten la concurrencia de procesos o programas, calculando. El tiempo de entrada y salida (E/S) y ocupando la memoria con varios programas.

• Permiten la ejecución de cualquier proceso o programa en el momento en que se solicite siempre y cuando haya suficientes recursos libres.

• Son eficientes en cuanto a reducción del tiempo medio que ocupa cada trabajo en el CPU.

• Son eficientes en cuanto a aumentar la utilización de recursos en general, tales como memoria, CPU, dispositivos de E/S, Discos Magnéticos, datos, etc.

• Son fiables, es decir, un sistema operativo no debe tener errores y debe prever todas las posibles situaciones.

• Son prácticos, de tamaño pequeño.

• Posibilitan y facilitan en lo posible el "diálogo" entre computadora y usuario.

• Permiten compartir entre varios usuarios los recursos de hardware con que cuenta una computadora.

• Permiten que los usuarios puedan compartir datos entre ellos.

• Facilitan la E/S de los diferentes dispositivos conectados.

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