2. Introducción a los Sistemas
Operativos
El objetivo fundamental de los sistemas operativos es gestionar y
administrar eficientemente los recursos hardware, permitiendo que se
ejecuten concurrentemente varios programas, sin que haya conflictos en el
acceso de cada uno de ellos a cada uno de los recursos que necesite, y sin
que ningún programa monopolice alguno de ellos.
Un sistema operativo es un programa (o conjunto de programas) de control
que tiene por objeto facilitar el uso de la computadora y conseguir que ésta
se utilice eficientemente. Es un programa de control, ya que se encarga de
gestionar y asignar los recursos hardware que requieren los programas.
Pensemos en una computadora que es utilizada desde diversos terminales
por varios usuarios. Los recursos hardware son: el procesador (CPU), la
memoria principal, los discos, y otros periféricos. Obviamente, si varios
usuarios están utilizando la misma Computadora, debe haber alguien o
algo que asigne los recursos y evite los conflictos que puedan surgir
cuando dos programas requieran los mismos elementos (la misma unidad
de disco, o la impresora, por ejemplo). Esta es una de las funciones del
sistema operativo. Además de esta función de asignar los recursos a cada
programa, el sistema operativo se encarga de contabilizar de éstos, y de la
seguridad (que un usuario no pueda acceder sin autorización a la
información de otro, por ejemplo).
3. 1.1= Definición & concepto de los
S.O.
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. Es decir…. es el programa (o software) más importante de un
Computador. Para que funcionen los otros programas, cada computador de uso
general debe tener un sistema operativo. Los sistemas operativos realizan tareas
básicas, tales como reconocimiento de la conexión del teclado, enviar la
información a la pantalla, no perder de vista archivos y directorios en el disco, y
controlar los dispositivos periféricos tales como impresoras, escáner, etc.
En sistemas grandes, el sistema operativo tiene incluso mayor responsabilidad y
poder, es como un policía de tráfico, se asegura de que los programas y usuarios
que están funcionando al mismo tiempo no interfieran entre ellos. El sistema
operativo también es responsable de la seguridad, asegurándose de que los
usuarios no autorizados no tengan acceso al sistema.
4. 1.2=Funciones & características.
Funciones & Características:
1-aceptar todos los trabajos y conservarlos hasta su finalización. Es decir que los
archivos serán guardados permanente hasta que sea Destruido el lugar donde se
almacenan.
2- manejo de dispositivos de e/s: organiza los archivos en diversos dispositivos de
almacenamiento, como discos flexibles, discos duros, discos compactos o cintas
magnéticas.
3-protecciónde datos: evitar que las acciones de un usuario afecten el trabajo que
está realizando otro usuario.
4-interpretación de comandos: interpreta los comandos que permiten al usuario
comunicarse con el ordenador.
5-multiacceso: un usuario se puede conectar a otra máquina sin tener que estar
cerca de ella.
6-control de recursos: coordina y manipula el hardware de la computadora, como
la memoria, las impresoras, las unidades de disco, el teclado o el mouse.
7-contabilidad de recursos: establece el costo que se le cobra a un usuario por
utilizar determinados recursos.
8-secuencia de tareas: el sistema operativo debe administrar la manera en que se
reparten los procesos. Definir el orden. (Quien va primero y quien después).
9-manejo de errores: gestiona los errores de hardware y la pérdida de datos.
El sistema operativo contiene las siguientes
características:
5. 1. Conveniencia: Un sistema operativo hace más conveniente el uso
de una computadora.
2. Eficiencia: El sistema operativo permite que los recursos de la
computadora se usen de manera correcta y eficiente.
3. Habilidad para evolucionar: un sistema operativo debe de ser
capaz de aceptar nuevas funciones sin que tenga problemas.
4. Encargado de administrar el hardware: el sistema operativo debe
de ser eficaz.
5. Relacionar dispositivos: cuando el sistema operativo detecta otro
sistema operativo conectado en sí mismo.
6. Algoritmos: un sistema operativo hace el uso de la computadora
más racional.
* Organizar datos para acceso rápido y seguro.
*Manejar las comunicaciones en red. El Sistema Operativo permite al usuario
manejar con alta facilidad todo lo referente a la instalación y uso de las redes de
computadoras.
*Procesamiento por bytes de flujo a través del bus de datos.
*Facilitar las entradas y salidas. Un Sistema Operativo debe hacerle fácil al
usuario el acceso y manejo de los dispositivos de Entrada/Salida de la
computadora.
* Técnicas de recuperación de errores.
*Evita que otros usuarios interfieran. El Sistema Operativo evita que los usuarios
se bloqueen entre ellos, informándoles si esa aplicación está siendo ocupada por
otro usuario.
* Generación de estadísticas.
*Permite que se puedan compartir el hardware y los datos entre los usuarios.
6. *El software de aplicación son programas que se utilizan para diseñar, tal como el
procesador de palabras, lenguajes de programación, hojas de cálculo, etc. El
software de base sirve para interactuar el usuario con la máquina, son un conjunto
de programas que facilitan el ambiente plataforma, y permite el diseño del mismo.
El Software de base está compuesto por:
- Cargadores.
- Compiladores.
- Ensambladores.
- Macros.
1.3=Evolución histórica
No es posible analizar la evolución o desarrollo histórico de los sistemas
operativos sin tener en cuenta el avance de la arquitectura de computadoras. Los
sistemas operativos fueron creados para facilitar y ampliar las posibilidades de uso
del hardware, pero estos a su vez pusieron en evidencia la necesidad de cambios
en los equipos para facilitar su actividad y brindar mayores posibilidades.
7. Generaciones de los sistemas operativos
Algunos autores (por ejemplo Tanembaun) para analizar la evolución histórica de
los sistemas operativos lo hacen asociando estos a las distintas generaciones de
los sistemas de cómputo. Por supuesto, esta estructuración no se aleja de los
aspectos antes estudiados.
La primera generación (1945-1955) corresponde a los primeros equipos,
construidos con válvulas de vacío. En esta etapa no existieron sistemas
operativos.
La segunda generación (1955-1965) corresponde a la etapa a los equipos que
estaban basados en el uso de los transistores. Eran más confiables y más
duraderos. Desde el punto de vista de los sistemas operativos se tiene el uso de
monitores simples (lo que implica procesamiento en lote).
Sistemas de Operación de esta etapa son el FMS (Fortran Monitor System) y el
IBSYS de la 7094.
*La tercera generación
(1965-1980) se caracterizó por la utilización de circuitos integrados. Los sistemas
operativos vinculados a esta etapa introdujeron los conceptos de SPOOLING y en
especial el uso de la multiprogramación. También corresponde a esta etapa la
aparición del tiempo compartido. En esta etapa no pueden dejar de mencionarse
los sistemas de operación OS/360 y Multics. Aquí surgen las primeras versiones
del Unix.
*La cuarta generación (1980-1990) surge con los circuitos integrados de alta
integración y por ello aparecen en el mercado las computadoras personales. Esta
etapa la dominan sistemas operativos MS-DOS y el Unix (y en un inicio el CP/M).
8. El actual desarrollo de los sistemas operativos basados en GUI (Graphic User
Interface) y la incorporación de orientación a objetos así como el soporte de la
multimedia, es suficientemente fuerte para hablar de la quinta generación de los
sistemas operativos.
En esta etapa la competencia se centra entre el Unix, el Windows, Macintoch, y el
OS/2 (al menos en las microcomputadoras).
1.4: Estructura de Un S.O
ESTRUCTURA BASICA DE UN SISTEMA
OPERATIVO
* CARGADOR
9. Cualquier programa que requiere ser ejecutado en la computadora, deberá ser
transferido desde su lugar de residencia a la memoria principal.
*CARGADOR PARA EL SISTEMA OPERATIVO
Este programa se encarga de transferir desde algún medio de almacenamiento
externo (disco, cinta o tambor) a la memoria principal, los programas del sistema
operativo que tienen como finalidad establecer el ambiente de trabajo del equipo
de cómputo. Existe un programa especial almacenado en memoria ROM que se
encarga de accesar a este programa cargador. Cuando el sistema operativo está
cargado en memoria toma el control absoluto de las operaciones del sistema.
*CARGADOR INCLUIDO EN EL SISTEMA OPERATIVO
Su función es cargar a memoria todos los archivos necesarios para la ejecución
de un proceso.
*SUPERVISOR (EJECUTIVO O MONITOR)
Es el administrador del sistema que controla todo el proceso de la información
por medio de un gran número de rutinas que entran en acción cuando son
requeridos. Funge como enlace entre los programas del usuario y todas las
rutinas que controlan los recursos requeridos por el programa para
posteriormente continuar con su ejecución.
El supervisor también realiza otras funciones como son:
- Administra la memoria.
- Administración de las rutinas que controlan el funcionamiento de los recursos
de la computadora.
- Manejo de Archivos
- Administración y control de la ejecución de los programas.
*LENGUAJE DE COMUNICACIÓN
Es el medio a través del cual el usuario interactúa directamente con el sistema
operativo y está formado por comandos que son introducidos a través de algún
10. dispositivo. Generalmente un comando consta de dos partes, la primera formada
por una palabra que identifica el comando y la acción a realizar y la segunda
parte por un conjunto de valores o parámetros que permiten seleccionar diversas
operaciones de entre los que dispone el comando.
*UTILERIA DE SISTEMA
Son programas o rutinas del sistema operativo que realizan diversas funciones de
uso común o aplicación frecuente como son: clasificar, copiar e imprimir
información.
1.5=Clasificación de un S.O.
Los sistemas operativos se pueden clasificar atendiendo a:
ADMINISTRACIÓN DE TAREAS:
o MONOTAREA: los que permiten sólo ejecutar un programa a la vez
o MULTITAREA: los que permiten ejecutar varias tareas o programas
al mismo tiempo
ADMINISTRACIÓN DE USUARIOS
o MONOUSUARIO: aquellos que sólo permiten trabajar a un usuario,
como es el caso de los ordenadores personales
o MULTIUSUARIO: los que permiten que varios usuarios ejecuten sus
programas a la vez.
ORGANIZACIÓN INTERNA O ESTRUCTURA
o Monolítico
o Jerárquico
o Cliente-servidor
MANEJO DE RECURSOS O ACCESO A SERVICIOS
o CENTRALIZADOS: si permite utilizar los recursos de un solo
ordenador
11. o DISTRIBUIDOS: si permite utilizar los recursos (CPU, memoria,
periféricos...) de más de un ordenador al mismo tiempo
Ejemplos de S.O.
Algunos sistemas operativos son:
DOS: Familia de sistemas operativos para PC. Sus siglas significan Disk
Operating System. Fue creado para ordenadores IBM y fue muy popular.
Carece de interfaz gráfica y no es multiusuario ni multitarea. Con la
aparición del sistema operativo Windows fue rápidamente sustituido.
WINDOWS: Familia de sistemas operativos no libres desarrollados por la
empresa Microsoft Corporation, que se basan en una interfaz gráfica que se
caracteriza por la utilización de ventanas. La última versión es Windows XP
en la que convergen las dos líneas de desarrollo que hasta entonces se
mantenían de forma separada en otras versiones: versiones basadas en
MS-DOS y versiones basadas en NT (Network Technology)
UNÍX: Familia de sistemas operativos que comparten unos criterios de
diseño e interoperabilidad en común, que descienden de una primera
implementación original de AT&T. Se trata de un sistema operativo portable,
multitarea y multiusuario.
GNU/LINUX: Sistema operativo libre creado por Richard Stallman. Sistema
operativo libre creado por Richard Stallman. GNU es un acrónimo que
significa GNU no es Unix («GNU's Not Unix»). Un sistema operativo libre
quiere decir que los códigos completos del sistema estarán disponibles para
todo el mundo, sin tener que pagar por un programa. Como resultado, un
12. usuario que necesita cambios en el sistema será siempre libre para
hacerlos por sí mismo, o de contratar a cualquier programador o empresa
disponible para hacerlos por él. Los usuarios no estarán ya a merced de un
programador o una empresa que sea dueña de los códigos fuente y sea la
única en posición de hacer cambios. Según su creador, R. Stallman, un
software es libre si cumple estas condiciones:
Cualquiera tiene libertad para ejecutar el programa, con
cualquier propósito
Cualquiera tiene libertad para modificar el programa para
adaptarlo a sus necesidades. Y para ello, se debe tener
acceso al código fuente, porque modificar un programa sin
disponer del código fuente es extraordinariamente dificultoso.
Se tiene la libertad para redistribuir copias, tanto gratis como
por un cánon
Se tiene la libertad para distribuir versiones modificadas del
programa, de tal manera que la comunidad pueda
beneficiarse con sus mejoras.
1.6=Núcleo de un S.O
El Núcleo (o kernel) es una colección de módulos de software que se ejecutan en
forma privilegiada –lo que significa que tienen acceso pleno a los recursos del
sistema. El núcleo normalmente representa sólo una pequeña parte de lo que por
lo general se piensa que es todo el sistema operativo, pero es tal vez el código
que más se utiliza. Por esta razón, el núcleo reside por lo regular en la memoria
principal, mientras que otras partes del sistema operativo son cargadas en la
memoria principal sólo cuando se necesitan.
El núcleo de un sistema operativo normalmente el código necesario para realizar
las siguientes funciones:
• Manejo de interrupciones.
• Creación y destrucción de procesos.
• Cambio de estado de los procesos.
• Despacho.
• Suspensión y reanudación de procesos.
• Sincronización de procesos.
• Comunicación entre procesos.
• Manipulación de los bloques de control de procesos.
• Apoyo para las actividades de entrada/salida.
13. • Apoyo para asignación y liberación de memoria.
• Apoyo para el sistema de archivos.
• Apoyo para el mecanismo de llamada y retorno de un procedimiento.
• Apoyo para ciertas funciones de contabilidad del sistema.
El Kernel consiste en la parte principal del código del sistema operativo, el cual se
encargan de controlar y administrar los servicios y peticiones de recursos y de
hardware con respecto a uno o varios procesos, este se divide en 5 capas:
Nivel 1. Procesador. (Núcleo)
Se encarga de activar los cuantum de tiempo para cada uno de los procesos,
creando interrupciones de hardware cuando no son respetadas. Se introduce la
noción de proceso como un programa en ejecución. Entre los requisitos
fundamentales de un sistema operativo que ofrezca soporte para múltiples
procesos se incluye la capacidad de suspender y reanudar los procesos.
Esto exige salvaguardar los registros del hardware, de modo que la ejecución
pueda cambiar de un proceso a otro. Además, si los procesos necesitan cooperar,
hace falta algún método de sincronización. Una de las técnicas más simples, pero
un concepto importante en el diseño de sistemas operativos, es el semáforo.
Nivel 2. Entrada/Salida.
Proporciona las facilidades para poder utilizar los dispositivos de E/S requeridos
por procesos.
Tiene que ver con los dispositivos de almacenamiento secundario. En este nivel se
sitúan las funciones de ubicación de las cabezas de lectura y escritura, y se
producen las transferencias reales de bloques. Este nivel se apoya en el nivel
anterior para planificar las operaciones y notificar al proceso que hizo la solicitud
que la operación ha culminado.
14. El código destinado a manejar la entrada y salida de los diferentes periféricos en
un sistema operativo es de una extensión considerable y sumamente complejo.
Resuelve las necesidades de sincronizar, atrapar interrupciones y ofrecer llamadas
al sistema para los programadores.
Nivel 4. Sistema de Archivos.
Proporciona la facilidad para el almacenamiento a largo plazo y manipulación de
archivos con nombre, va asignando espacio y acceso de datos en memoria. Da
soporte al almacenamiento a largo plazo de los archivos con nombre.
En este nivel, los datos del almacenamiento secundario se contemplan en
términos de entidades abstractas de longitud variable, en contraste con el enfoque
orientado al hardware del nivel de E/S básicas, en términos de pistas, sectores y
bloques de tamaño fijo.
Nivel 5. Información o Aplicación o Intérprete de Lenguajes.
Facilita la comunicación con los lenguajes y el sistema operativo para aceptar las
ordenes en cada una de las aplicaciones. Cuando se solicitan ejecutando un
programa el software de este nivel crea el ambiente de trabajo e invoca a los
procesos correspondientes.
Ofrece al usuario una interfaz con el sistema operativo. Se denomina shell y
separa al usuario de los detalles, le presenta el sistema operativo como un simple
conjunto de servicios. El shell acepta las órdenes del usuario o las sentencias de
control de trabajos, las interpreta, crea y controla los procesos según sea
necesario.
15. El intérprete de comandos representa la interfaz entre el usuario y el sistema
operativo. Algunos sistemas operativos incluyen el intérprete en el kernel. Otros
como el DOS o UNIX, poseen un programa especial para cumplir esta función que
se ejecuta cuando se inicia el sistema.
Conclusión
El sistema operativo facilita el uso de la computadora. Veamos un ejemplo
de cómo lo hace. Cada dispositivo de E/S, para ser utilizado, requiere
varias instrucciones máquina que establezcan un dialogo entre las
unidades centrales y el periférico, enviando o captando el dato de salida o
de entrada, respectivamente. Estas instrucciones dependen
considerablemente de las características concretas del periférico. Si se
trata, por ejemplo, de una unidad de disco, hay que considerar el ancho de
los buses, el tamaño de su memoria intermedia, el arranque (y parada) de
los motores de la unidad, el código identificador de la posición a donde hay
que acceder, etc. Por otra parte, un dispositivo dado, estas instrucciones u
operaciones son comunes para grabar o leer cual tipo de información
(programas o datos), sea cual sea su naturaleza. El sistema operativo, con
objetivo de facilitar el trabajo de los programadores, contiene módulos de
gestión de entradas / salidas que evitan a los usuarios tener que incluir
esas instrucciones cada vez que hacen una operación de entrada o salida.
Se puede decir que esos programas del sistema operativo hacen
transparente al usuario las características hardware concretas de los
dispositivos.
El sistema operativo también hace que la computadora se utilice
eficientemente. Para poner de manifiesto cómo el sistema operativo puede
16. incrementar la eficiencia consideremos un ejemplo sencillo. Los programas
tradicionalmente se ejecutan secuencialmente; es decir, hasta que no
concluye la ejecución de una instrucción no se ejecuta la siguiente.
Supongamos que dentro de un programa hay una instrucción que implica la
escritura de una página en una impresora láser. Hasta que no acabe de
imprimirse dicha página el programa no puede continuar ejecutándose. En
resumen, el sistema operativo efectúa, entre otras, las siguientes funciones:
* Facilita el uso de la computadora, en general, la comunicación
computadora / usuario
*Gestiona y asigna recursos hardware (procesador, memoria y periféricos)
a los distintos programas o tareas
* Gestiona y mantiene los archivos en dispositivos de memoria masiva
*Apoya a otros programas
* Protege los datos y los programas, cuestión especialmente compleja en
sistemas multiusuario, Identifica y autentifica a los usuarios que hacen uso
de la computadora.
