Un sistema operativo es un programa destinado a
permitir la comunicación del usuario
con un computador y gestionar sus recursos
de una forma eficaz. Comienza a trabajar cuando se enciende el computador, y
gestiona el hardware de la máquina desde
los niveles más básicos.
Un sistema operativo
se puede encontrar normalmente en la mayoría de los aparatos electrónicos que
utilicen microprocesadores para funcionar, ya que gracias a estos podemos
entender la máquina y que ésta cumpla con sus funciones (teléfonos móviles,
reproductores de DVD, autoradios... y computadoras)
Funciones
básicas [editar]
Los sistemas operativos, en su condición de capa software que posibilita y
simplifica el manejo de la computadora, desempeñan una serie de funciones
básicas esenciales para la gestión del equipo. Entre las más destacables, cada
una ejercida por un componente interno (módulo en núcleos monolíticos y servidor en microkernels), podemos
reseñar las siguientes:
Proporcionar
comodidad en el uso de un computador.
Gestionar
de manera eficiente los recursos del equipo, ejecutando servicios para los
procesos (programas)
Brindar
una interfaz al usuario, ejecutando instrucciones (comandos).
Permitir
que los cambios debidos al desarrollo del propio SO se puedan realizar sin
interferir con los servicios que ya se prestaban (evolutividad).
Perspectiva histórica [editar]
Los primeros sistemas (1945 - 1950) eran grandes
máquinas operadas desde la consola maestra por los programadores. Durante la
década siguiente (1950 - 1960) se llevaron a cabo avances en el hardware: lectoras de tarjetas, impresoras, cintas magnéticas, etc. Esto
a su vez provocó un avance en el software: compiladores, ensambladores, cargadores, manejadores de
dispositivos, etc.
Problemas
de explotación y soluciones iniciales [editar]
El problema principal de los primeros sistemas era la
baja utilización de los mismos, la primera solución fue poner un operador
profesional que manejaba el sistema, con lo que:
Se
eliminaron las hojas de reserva.
Se
ahorró tiempo.
Para ello, los trabajos se agrupaban de forma manual
en lotes mediante lo que se conoce como procesamiento por lotes (batch) sin automatizar.
Monitores residentes [editar]
Según fue avanzando la complejidad de los programas,
fue necesario implementar soluciones que automatizaran la organización de
tareas sin necesidad de un operador. Debido a ello se crearon los monitores residentes: programas que residían en memoria y que
gestionaban la ejecución de una cola de trabajos.
Un monitor residente estaba compuesto por:
Controladores (drivers) para el manejo de entrada/salida.
Sistemas
con operación fuera de línea [editar]
Surge un nuevo problema, los dispositivos de
entrada/salida son lentos. La solución provisional es, sustituir los
dispositivos de E/S lentos (lectoras de tarjetas e impresoras) por otros más
rápidos (cintas magnéticas) sin tener que cambiar los programas de aplicación.
Este concepto hace que sea necesario revisar el monitor residente para soportar
la independencia de los dispositivos.
Sistemas
con almacenamiento temporal de E/S [editar]
Se avanza en el hardware, creando el soporte de interrupciones. Luego se
lleva a cabo un intento de solución más avanzado: solapar la E/S de un trabajo
con sus propios cálculos. Por ello se crea el sistema de buffers con el siguiente funcionamiento:
Un
programa escribe su salida en un área de memoria (buffer 1).
El
monitor residente inicia la salida desde el buffer y el programa de aplicación calcula
depositando la salida en el buffer 2.
La
salida desde el buffer 1 termina y el nuevo cálculo también.
Se
inicia la salida desde el buffer 2 y otro nuevo cálculo dirige su salida al
buffer 1.
El
proceso se puede repetir de nuevo.
Los problemas surgen si hay muchas más operaciones de
cálculo que de E/S (limitado por la CPU) o si por el contrario hay muchas más
operaciones de E/S que cálculo (limitado por la E/S).
Spoolers [editar]
Hace aparición el disco magnético con lo que surgen nuevas soluciones a los
problemas de rendimiento:
Se
eliminan las cintas magnéticas para el volcado previo de los datos de dispositivos
lentos y se sustituyen por discos (un disco puede simular varias cintas).
Debido
al solapamiento del cálculo de un trabajo con la E/S de otro trabajo se crean
tablas en el disco para diferentes tareas, lo que se conoce como Spool (Simultaneous Peripherial Operation On-Line).
Sistemas
Operativos Multiprogramados [editar]
Surge un nuevo avance en el hardware: el hardware con
protección de memoria. Lo que ofrece nuevas soluciones a los problemas de
rendimiento:
Se
solapa el cálculo de unos trabajos con la entrada/salida de otros trabajos.
Se
pueden mantener en memoria varios programas.
Se asigna
el uso de la CPU a los diferentes programas en memoria.
Debido a los cambios anteriores, se producen cambios
en el monitor residente, con lo que éste debe abordar nuevas tareas, naciendo
lo que se denomina como Sistemas Operativos multiprogramados, los cuales
cumplen con las siguientes funciones:
Administrar
la memoria.
Gestionar
el uso de la CPU (planificación).
Administrar
el uso de los dispositivos de E/S.
Cuando desempeña esas tareas, el monitor residente se
transforma en un sistema operativo multiprogramado.
Llamadas al Sistema Operativo [editar]
Definición breve: llamadas que
ejecutan los programas de aplicación para pedir algún servicio al SO.
Cada SO implementa un conjunto propio de llamadas al
sistema. Ese conjunto de llamadas es el interfaz del SO frente a las
aplicaciones. Constituyen el lenguaje que deben usar las aplicaciones para
comunicarse con el SO. Por ello si cambiamos de SO, y abrimos un programa
diseñado para trabajar sobre el anterior, en general el programa no funcionará,
a no ser que el nuevo SO tenga el mismo interfaz. Para ello:
Las
llamadas correspondientes deben tener el mismo formato.
Cada
llamada al nuevo SO tiene que dar los mismos resultados que la correspondiente
del anterior.
Modos
de ejecución en una CPU [editar]
La aplicaciones no deben poder usar todas las
instrucciones de la CPU. No obstante el SO, tiene que poder utilizar todo el
juego de instrucciones de la CPU. Por ello, una CPU debe tener (al menos) dos
modos de operación diferentes:
Modo
usuario: la CPU podrá ejecutar sólo las instrucciones del juego restringido de
las aplicaciones.
Modo
supervisor: la CPU debe poder ejecutar el juego completo de instrucciones.
Llamadas al Sistema [editar]
Una aplicación, normalmente no sabe dónde está situada
la rutina de servicio de la llamada. Por lo que si ésta se codifica como una
llamada de función, cualquier cambio en el SO haría que hubiera que reconstruir
la aplicación.
Pero lo más importante es que una llamada de función
no cambia el modo de ejecución de la CPU. Con lo que hay que conseguir llamar a
la rutina de servicio, sin tener que conocer su ubicación, y hacer que se
fuerce un cambio de modo de operación de la CPU en la llamada (y la
recuperación del modo anterior en el retorno).
Esto se hace utilizando instrucciones máquina
diseñadas específicamente para este cometido, distintas de las que se usan para
las llamadas de función.
Bibliotecas
de interfaz de llamadas al sistema [editar]
Las llamadas al sistema no siempre tienen una
expresión sencilla en los lenguajes de alto nivel, por ello se crean las bibliotecas de interfaz, que son
bibliotecas de funciones que pueden usarse para efectuar llamadas al sistema.
Las hay para distintos lenguajes de programación.
La aplicación llama a una función de la biblioteca de
interfaz (mediante una llamada normal) y esa función es la que realmente hace
la llamada al sistema.
Interrupciones y excepciones [editar]
El SO ocupa una posición intermedia entre los
programas de aplicación y el hardware. No se limita a utilizar el hardware a
petición de las aplicaciones ya que hay situaciones en las que es el hardware
el que necesita que se ejecute código del SO. En tales situaciones el hardware
debe poder llamar al sistema, pudiendo deberse estas llamadas a dos
condiciones:
Algún
dispositivo de E/S necesita atención.
Se ha
producido una situación de error al intentar ejecutar una instrucción del
programa (normalmente de la palicación).
En ambos casos, la acción realizada no está ordenada
por el programa de aplicación, es decir, no figura en el programa.
Según los dos casos anteriores tenemos las interrupciones y la excepciones:
Interrupción:
señal que envía un dispositivo de E/S a la CPU para indicar que la operación de
la que se estaba ocupando, ya ha terminado.
Excepción:
una situación de error detectada por la CPU mientras ejecutaba una instrucción,
que requiere tratamiento por parte del SO.
Tratamiento
de las interrupciones [editar]
Una interrupción se trata en todo caso, después de
terminar la ejecución de la instrucción en curso.
El tratamiento depende de cuál sea el dispositivo de
E/S que ha causado la interrupción, ante la cual debe poder identificar el
dispositivo que la ha causado.
Importancia
de las interrupciones [editar]
El mecanismo de tratamiento de las interrupciones
permite al SO utilizar la CPU en servicio de una aplicación, mientras otra
permanece a la espera de que concluya una operación en un dispositivo de E/S.
El hardware se encarga de avisar al SO cuando el
dispositivo de E/S ha terminado y el SO puede intervenir entonces, si es
conveniente, para hacer que el programa que estaba esperando por el
dispositivo, se continúe ejecutando.
En ciertos intervalos de tiempo puede convenir no
aceptar señales de interrupción. Por ello las interrupciones pueden inhibirse
por programa (aunque esto no deben poder hacerlo las mismas).
Excepciones [editar]
Cuando la CPU intenta ejecutar una instrucción
incorrectamente construida, la unidad de control lanza una excepción para
permitir al SO ejecutar el tratamiento adecuado. Al contrario que en una
interrupción, la instrucción en curso es abortada. Las excepciones al igual que
las interrupciónes deben estar identificadas.
Clases de excepciones [editar]
Las instrucciones de un programa pueden estar mal
construídas por diversas razones:
El
código de operación puede ser incorrecto.
Se
intenta realizar alguna operación no definida, como dividir por cero.
La
instrucción puede no estar permitida en el modo de ejecución actual.
La
dirección de algún operando puede ser incorrecta o se intenta violar alguno de
sus permisos de uso.
Importancia
de las excepciones [editar]
El mecanismo de tratamiento de las excepciones es
esencial para impedir, junto a los modos de ejecución de la CPU y los
mecanismos de protección de la memoria, que las aplicaciones realicen
operaciones que no les están permitidas. En cualquier caso, el tratamiento
específico de una excepción lo realiza el SO.
Como en el caso de las interrupciones, el hardware se
limita a dejar el control al SO, y éste es el que trata la situación como
convenga.
Es bastante frecuente que el tratamiento de una
excepción no retorne al programa que se estaba ejecutando cuando se produjo la
excepción, sino que el SO aborte la ejecución de ese programa. Este factor
depende de la pericia del programador para controlar la excepción adecuadamente.
Componentes de un sistema operativo [editar]
Gestión
de procesos [editar]
Un proceso
es simplemente, un programa en ejecución que necesita recursos para realizar su
tarea: tiempo de CPU, memoria, archivos y dispositivos de E/S. El SO es el
responsable de:
Crear y destruir los procesos.
Para y reanudar los procesos.
Ofrecer mecanismos para que se comuniquen y
sincronicen.
Gestión
de la memoria principal [editar]
La memoria
es una gran tabla de palabras o bytes que se referencian cada una mediante una
dirección única. Este almacén de datos de rápido accesos es compartido por la
CPU y los dispositivos de E/S, es volátil y pierde su contenido en los fallos
del sistema. El SO es el responsable de:
Conocer qué partes de la memoria están utilizadas y
por quién.
Decidir qué procesos se cargarán en memoria cuando
halla espacio disponible.
Asignar y reclamar espacio de memoria cuando sea
necesario.
Gestión
del almacenamiento secundario [editar]
Un sistema de almacenamiento secundario es necesario,
ya que la memoria principal (almacenamiento primario) es volátil y además muy
pequeña para almacenar todos los programas y datos. También es necesario
mantener los datos que no convenga mantener en la memoria principal. El SO se
encarga de:
Planificar los discos.
Gestionar el espacio libre.
Asignar el almacenamiento.
El sistema de E/S [editar]
Consiste en un sistema de almacenamiento temporal (caché), una interfaz de
manejadores de dispositivos y otra para dispositivos concretos. El SO debe:
Gestionar el almacenamiento temporal de E/S.
Servir las interrupciones de los dispositivos de E/S.
Sistema de archivos [editar]
Los archivos
son colecciones de información relacionada, definidas por sus creadores. Éstos
almacenan programas (en código fuente y objeto) y datos. El SO es responsable
de:
Crear y destruir archivos y directorios.
Ofrecer soporte de funciones para manipular archivos y
directorios.
Establecer la correspondencia entre archivos y
unidades de almacenamiento.
Realizar copias de seguridad de archivos.
Sistemas
de protección [editar]
Mecanismo que controla el acceso de los programas o
los usuarios a los recursos del sistema. El SO se encarga de:
Distinguir entre uso autorizado y no autorizado.
Especificar los controles de seguridad a realizar.
Forzar el uso de estos mecanismos de protección.
Sistema
de comunicaciones [editar]
Para mantener las comunicaciones con otros sistemas es
necesario poder controlar el envío y recepción de información a través de lso interfaces de red. También
hay que crear y mantener puntos de comunicación que sirvan a las aplicaciones
para enviar y recibir información, y crear y mantener conexiones virtuales
entre aplicaciones que están ejecutándose localmente y otras que lo hacen
remotamente.
Intérprete
de comandos [editar]
El shell
del sistema es el principal componente del SO que utiliza el usuario. Este uso
se realiza siempre directa o indirectamente a través del intérprete.
Generalmente incorpora un lenguaje de programación para automatizar las tareas.
Hay dos tipos de intérpretes de comandos:
Alfanuméricos: las
órdenes se expresan mediante un lenguaje específico usando las cadenas de
caracteres introducidas por el terminal.
Gráficos:
normalmente las órdenes se especifican por medio de iconos y otros elementos
gráficos.
Programas de sistema [editar]
Son aplicaciones de utilidad que se suministran con el
SO pero no forman parte de él. Ofrecen un entorno útil para el desarrollo y
ejecución de programas, siendo algunas de las tareas que realizan:
Manipulación y modificación de archivos.
Información del estado del sistema.
Soporte a lenguajes de programación.
Comunicaciones.
Gestor
de recursos [editar]
Gestor de Recursos
Como gestor de recursos, el Sistema Operativo
administra
La CPU (Unidad
Central de Proceso).
Los dispositivos de E/S
La memoria.
Las colas de procesos.
Los recursos del sistema.
Componentes del
Sistema Operativo
Características [editar]
Administración
de tareas [editar]
Monotarea:
Solamente puede ejecutar un proceso (aparte de los procesos del propio S.O.) en
un momento dado. Una vez que empieza a ejecutar un proceso, continuará
haciéndolo hasta su finalización o interrupción.
Multitarea:
Es capaz de ejecutar varios procesos al mismo tiempo. Este tipo de S.O.
normalmente asigna los recursos disponibles (CPU, memoria, periféricos) de
forma alternada a los procesos que los solicitan, de manera que el usuario
percibe que todos funcionan a la vez, de forma concurrente.
Administración
de usuarios [editar]
Monousuario:
Si 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 de la computadora. Normalmente estos
sistemas operativos utilizan métodos de protección de datos, de manera que un
programa no pueda usar o cambiar los datos de otro usuario.
Manejo de recursos [editar]
Centralizado:
Si permite utilizar los recursos de una sola computadora.
Distribuido: Si permite utilizar los recursos (memoria, CPU,
disco, periféricos... ) de más de una computadora al mismo tiempo.
Implementaciones de Sistemas Operativos [editar]
Artículo principal: Sistemas Operativos (Implementaciones)
Véase también [editar]
Historia y evolución de los sistemas operativos
Comparación de sistemas operativos
Enlaces
externos [editar]
OSnews.com, en inglés.
[1], Sitio
universitario sobre sistemas operativos convencionales y distribuidos, con posibilidad
de descarga de material y abundantes trabajos monográficos, en español.
FreeOS.com: The Resource
Center for Free Operating Systems, en inglés.
Definición de sistema
operativo con gráfico explicativo, español.
Categorías:
Wikipedia:Artículos destacados en w:zh
| Wikipedia:Artículos buenos en w:no | Sistemas operativos | Software
Navegación
Buscar
Herramientas
Otros
idiomas
Srpskohrvatski /
Српскохрватски
Esta
página fue modificada por última vez el 04:12, 22 jul 2007.
Contenido
disponible bajo los términos de la Licencia de documentación libre de GNU
(véase Derechos de autor).
Wikipedia® es una marca registrada de la organización sin ánimo de lucro Wikimedia Foundation, Inc.