Sistema operativo

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Sistema operativo
No debe confundirse con Sistemas operados.
Interacción entre el SO con el resto de las partes.
Estimaci√≥n del uso de sistemas operativos seg√ļn una muestra de computadoras con acceso a Internet en Noviembre de 2009 (Fuente: W3counter).

Un sistema operativo (SO) es el programa o conjunto de programas que efect√ļan la gesti√≥n de los procesos b√°sicos de un sistema inform√°tico, y permite la normal ejecuci√≥n del resto de las operaciones.[1]

N√≥tese que es un error com√ļn muy extendido denominar al conjunto completo de herramientas sistema operativo, es decir, la inclusi√≥n en el mismo t√©rmino de programas como el explorador de ficheros, el navegador y todo tipo de herramientas que permiten la interacci√≥n con el sistema operativo, tambi√©n llamado n√ļcleo o kernel. Uno de los m√°s prominentes ejemplos de esta diferencia, es el n√ļcleo Linux, que es el n√ļcleo del sistema operativo GNU, del cual existen las llamadas distribuciones GNU. Este error de precisi√≥n, se debe a la modernizaci√≥n de la inform√°tica llevada a cabo a finales de los 80, cuando la filosof√≠a de estructura b√°sica de funcionamiento de los grandes computadores[2] se redise√Ī√≥ a fin de llevarla a los hogares y facilitar su uso, cambiando el concepto de computador multiusuario, (muchos usuarios al mismo tiempo) por un sistema monousuario (√ļnicamente un usuario al mismo tiempo) m√°s sencillo de gestionar.[3] (V√©ase AmigaOS, beOS o MacOS como los pioneros[4] de dicha modernizaci√≥n, cuando los Amiga, fueron bautizados con el sobrenombre de Video Toasters[5] por su capacidad para la Edici√≥n de v√≠deo en entorno multitarea round robin, con gesti√≥n de miles de colores e interfaces intuitivos para dise√Īo en 3D.

Uno de los prop√≥sitos del sistema operativo que gestiona el n√ļcleo intermediario consiste en gestionar los recursos de localizaci√≥n y protecci√≥n de acceso del hardware, hecho que alivia a los programadores de aplicaciones de tener que tratar con estos detalles. La mayor√≠a de aparatos electr√≥nicos que utilizan microprocesadores para funcionar, llevan incorporado un sistema operativo. (tel√©fonos m√≥viles, reproductores de DVD, computadoras, radios, enrutadores, etc).

Contenido

Perspectiva histórica

Los primeros sistemas (1945-1960) 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.

A finales de los a√Īos 1980, una computadora Commodore Amiga equipada con una aceleradora Video Toaster era capaz de producir efectos comparados a sistemas dedicados que costaban el triple. Un Video Toaster junto a Lightwave ayud√≥ a producir muchos programas de televisi√≥n y pel√≠culas, entre las que se incluyen Babylon 5, Seaquest DSV y Terminator II.[6]

Problemas de explotación y soluciones iniciales

El problema principal de los primeros sistemas era la baja utilización de los mismos, la primera solución fue poner un operador profesional que lo manejase, con lo que se eliminaron las hojas de reserva, se ahorró tiempo y se aumentó la velocidad.

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

Fichas en lenguaje de procesamiento por lotes, con programa y datos, para ejecución secuencial.

Seg√ļn fue avanzando la complejidad de los programas, fue necesario implementar soluciones que automatizaran la organizaci√≥n de tareas sin necesidad de un operador. Debido a ello se crearon los monitores residentes: programas que resid√≠an en memoria y que gestionaban la ejecuci√≥n de una cola de trabajos.

Un monitor residente estaba compuesto por un cargador, un Intérprete de comandos y un Controlador (drivers) para el manejo de entrada/salida.

Sistemas con almacenamiento temporal de E/S

Los avances en el hardware crearon el soporte de interrupciones y posteriormente se llevó a cabo un intento de solución más avanzado: solapar la E/S de un trabajo con sus propios cálculos, por lo que se creó el sistema de buffers con el siguiente funcionamiento:

  • Un programa escribe su salida en un √°rea de memoria (buffer 1).
  • El monitor residente inicia la salida desde el buffer y el programa de aplicaci√≥n calcula depositando la salida en el buffer 2.
  • La salida desde el buffer 1 termina y el nuevo c√°lculo tambi√©n.
  • Se inicia la salida desde el buffer 2 y otro nuevo c√°lculo dirige su salida al buffer 1.
  • El proceso se puede repetir de nuevo.

Los problemas surgen si hay muchas m√°s operaciones de c√°lculo que de E/S (limitado por la CPU) o si por el contrario hay muchas m√°s operaciones de E/S que c√°lculo (limitado por la E/S).

Spoolers

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

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 c√°lculo 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 (planificaci√≥n).
  • Administrar el uso de los dispositivos de E/S.

Cuando desempe√Īa esas tareas, el monitor residente se transforma en un sistema operativo multiprogramado.

Llamadas al sistema operativo

Definici√≥n breve: llamadas que ejecutan los programas de aplicaci√≥n para pedir alg√ļn servicio al SO.

Cada SO implementa un conjunto propio de llamadas al sistema. Ese conjunto de llamadas es la 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 dise√Īado para trabajar sobre el anterior, en general el programa no funcionar√°, a no ser que el nuevo SO tenga la misma 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 un CPU

Las aplicaciones no deben poder usar todas las instrucciones de la CPU. No obstante el Sistema Operativo, tiene que poder utilizar todo el juego de instrucciones del CPU. Por ello, una CPU debe tener (al menos) dos modos de operación diferentes:

  • Modo usuario: el CPU podr√° ejecutar s√≥lo las instrucciones del juego restringido de las aplicaciones.
  • Modo supervisor: la CPU debe poder ejecutar el juego completo de instrucciones.

Llamadas al sistema

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 S.O. 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 m√°quina dise√Īadas espec√≠ficamente para este cometido, distintas de las que se usan para las llamadas de funci√≥n.

Bibliotecas de interfaz de llamadas al sistema

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

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:

  • Alg√ļn dispositivo de E/S necesita atenci√≥n.
  • Se ha producido una situaci√≥n de error al intentar ejecutar una instrucci√≥n del programa (normalmente de la aplicaci√≥n).

En ambos casos, la acción realizada no está ordenada por el programa de aplicación, es decir, no figura en el programa.

Seg√ļn los dos casos anteriores tenemos las interrupciones y la excepciones:

  • Interrupci√≥n: se√Īal que env√≠a un dispositivo de E/S a la CPU para indicar que la operaci√≥n de la que se estaba ocupando, ya ha terminado.
  • Excepci√≥n: una situaci√≥n de error detectada por la CPU mientras ejecutaba una instrucci√≥n, que requiere tratamiento por parte del SO.

Tratamiento de las interrupciones

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.

La ventaja de este procedimiento es que no se tiene que perder tiempo ejecutando continuamente rutinas para consultar el estado del periférico. El inconveniente es que el dispositivo debe tener los circuitos electrónicos necesarios para acceder al sistema de interrupciones del computador.

Importancia de las interrupciones

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 contin√ļe ejecutando.

En ciertos intervalos de tiempo puede convenir no aceptar se√Īales de interrupci√≥n. Por ello las interrupciones pueden inhibirse por programa (aunque esto no deben poder hacerlo las mismas).

Un ejemplo de sincronismo por interrupción es el almacenamiento de caracteres introducidos mediante el teclado. Cuando se introduce un carácter, se codifica en el registro de datos del dispositivo y además se activa un bit del registro de estado quien crea una interrupción en el hardware. El procesador deja temporalmente la tarea que estaba completando y ejecuta la rutina de atención a la interrupción correspondiente. El teclado almacena el carácter en el vector de memoria intermedia ( también llamado buffer) asociada al teclado y despierta el proceso que había en el estado de espera de la operación de entrada/salida.

Excepciones

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 interrupciones deben estar identificadas.

Clases de excepciones

Las instrucciones de un programa pueden estar mal construidas por diversas razones:

  • El c√≥digo de operaci√≥n puede ser incorrecto.
  • Se intenta realizar alguna operaci√≥n no definida, como dividir por cero.
  • La instrucci√≥n puede no estar permitida en el modo de ejecuci√≥n actual.
  • La direcci√≥n de alg√ļn operando puede ser incorrecta o se intenta violar alguno de sus permisos de uso.

Importancia de las excepciones

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

Componentes del Sistema Operativo.

Gestión de procesos

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.
  • Parar y reanudar los procesos.
  • Ofrecer mecanismos para que se comuniquen y sincronicen.

La gestión de procesos podría ser similar al trabajo de oficina. Se puede tener una lista de tareas a realizar y a estas fijarles prioridades alta, media, baja por ejemplo. Debemos comenzar haciendo las tareas de prioridad alta primero y cuando se terminen seguir con las de prioridad media y después las de baja. Una vez realizada la tarea se tacha. Esto puede traer un problema que las tareas de baja prioridad pueden que nunca lleguen a ejecutarse. y permanezcan en la lista para siempre. Para solucionar esto, se puede asignar alta prioridad a las tareas más antiguas.

Gestión de la memoria principal

La Memoria es una gran tabla de palabras o bytes que se referencian cada una mediante una direcci√≥n √ļnica. Este almac√©n de datos de r√°pido accesos es compartido por la CPU y los dispositivos de E/S, es vol√°til y pierde su contenido en los fallos del sistema. El SO es el responsable de:

  • Conocer qu√© partes de la memoria est√°n siendo utilizadas y por qui√©n.
  • Decidir qu√© procesos se cargar√°n en memoria cuando haya espacio disponible.
  • Asignar y reclamar espacio de memoria cuando sea necesario.

Gestión del almacenamiento secundario

Un sistema de almacenamiento secundario es necesario, ya que la memoria principal (almacenamiento primario) es vol√°til y adem√°s muy peque√Īa para almacenar todos los programas y datos. Tambi√©n 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.
  • Verificar que los datos se guarden en orden

El sistema de E/S

Consiste en un sistema de almacenamiento temporal (caché), una interfaz de manejadores de dispositivos y otra para dispositivos concretos. El sistema operativo debe gestionar el almacenamiento temporal de E/S y servir las interrupciones de los dispositivos de E/S.

Sistema de archivos

Los archivos son colecciones de informaci√≥n relacionada, definidas por sus creadores. √Čstos almacenan programas (en c√≥digo fuente y objeto) y datos tales como im√°genes, textos, informaci√≥n de bases de datos, etc. El SO es responsable de:

  • Construir y eliminar archivos y directorios.
  • Ofrecer funciones para manipular archivos y directorios.
  • Establecer la correspondencia entre archivos y unidades de almacenamiento.
  • Realizar copias de seguridad de archivos.

Existen diferentes Sistemas de Archivos, es decir, existen diferentes formas de organizar la información que se almacena en las memorias (normalmente discos) de los ordenadores. Por ejemplo, existen los sistemas de archivos FAT, FAT32, EXT3, NTFS, XFS, etc.

Desde el punto de vista del usuario estas diferencias pueden parecer insignificantes a primera vista, sin embargo, existen diferencias muy importantes. Por ejemplo, los sistemas de ficheros FAT32 y NTFS, que se utilizan fundamentalmente en sistemas operativos de Microsoft, tienen una gran diferencia para un usuario que utilice una base de datos con bastante informaci√≥n ya que el tama√Īo m√°ximo de un fichero con un sistema de archivos FAT32 est√° limitado a 4 gigabytes, sin embargo, en un sistema NTFS el tama√Īo es considerablemente mayor.

Sistemas de protección

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 protecci√≥n.

Sistema de comunicaciones

Para mantener las comunicaciones con otros sistemas es necesario poder controlar el envío y recepción de información a través de las 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.

Programas de sistema

Son aplicaciones de utilidad que se suministran con el SO pero no forman parte de √©l. Ofrecen un entorno √ļtil para el desarrollo y ejecuci√≥n de programas, siendo algunas de las tareas que realizan:

  • Manipulaci√≥n y modificaci√≥n de archivos.
  • Informaci√≥n del estado del sistema.
  • Soporte a lenguajes de programaci√≥n.
  • Comunicaciones.

Gestor de recursos

Como gestor de recursos, el Sistema Operativo administra:

  • La CPU (Unidad Central de Proceso, donde est√° alojado el microprocesador).
  • Los dispositivos de E/S (entrada y salida)
  • La memoria principal (o de acceso directo).
  • Los discos (o memoria secundaria).
  • Los procesos (o programas en ejecuci√≥n).
  • y en general todos los recursos del sistema.

Clasificación

Administración de tareas

  • 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, continuar√° haci√©ndolo hasta su finalizaci√≥n y/o interrupci√≥n.
  • Multitarea: Es capaz de ejecutar varios procesos al mismo tiempo. Este tipo de S.O. normalmente asigna los recursos disponibles (CPU, memoria, perif√©ricos) 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

  • Monousuario: Si s√≥lo permite ejecutar los programas de un usuario al mismo tiempo.
  • Multiusuario: Si permite que varios usuarios ejecuten simult√°neamente sus programas, accediendo a la vez a los recursos de la computadora. Normalmente estos sistemas operativos utilizan m√©todos de protecci√≥n de datos, de manera que un programa no pueda usar o cambiar los datos de otro usuario.

Manejo de recursos

  • Centralizado: Si permite usar los recursos de una sola computadora.
  • Distribuido: Si permite utilizar los recursos (memoria, CPU, disco, perif√©ricos... ) de m√°s de una computadora al mismo tiempo.

Ejemplos de Sistemas Operativos ( ordenadores )

Ejemplos de Sistemas Operativos ( Dispositivos Moviles )

Véase también

Referencias

  1. ‚ÜĎ RAE. ¬ęSistema Operativo seg√ļn la RAE¬Ľ (diccionario). Consultado el 2 de enero de 2011.
  2. ‚ÜĎ Cisco Systems (1992). cisco.com (ed.): ¬ęFundamentos de UNIX¬Ľ (certificaci√≥n). Consultado el 10 de febrero de 2010.
  3. ‚ÜĎ ¬ęWashington Post - Debut de Windows 95¬Ľ (en ingl√©s).
  4. ‚ÜĎ toastytech.com (ed.): ¬ęBeOS 5.0 Personal Edition¬Ľ (en ingl√©s) (2010). Consultado el 10 de febrero de 2010.
  5. ‚ÜĎ ¬ęAmiga Video Toaster¬Ľ (en ingl√©s). NewTek, Inc. (2010). Consultado el 1 de febrero de 2010.
  6. ‚ÜĎ Rabay, Francisco. amiga-hardware.com (ed.): ¬ęNewtek: Video Toaster 4000¬Ľ (en ingl√©s). Consultado el 6 de febrero de 2010.

Bibliografía

  • O¬ībrien, James A. (2006). Sistemas de Informaci√≥n Gerencial. M√©xico DF. 

Enlaces externos


Wikimedia foundation. 2010.

Mira otros diccionarios:

  • sistema operativo ‚ÄĒ Conjunto de programas principales que controlan el hardware y los recursos l√≥gicos del ordenador, incluidas la administraci√≥n de ficheros y la programaci√≥n. Diccionario Mosby Medicina, Enfermer√≠a y Ciencias de la Salud, Ediciones Hancourt, S.A.… ‚Ķ   Diccionario m√©dico

  • sistema operativo (SO) ‚ÄĒ Software que controla las operaciones de una computadora, dirige las entradas y salidas de datos, hace el seguimiento de los archivos y controla el procesamiento de los programa computacionales. Sus roles comprenden el manejo del funcionamiento… ‚Ķ   Enciclopedia Universal

  • Sistema operativo ‚ÄĒ ‚Ėļ locuci√≥n INFORM√ĀTICA Conjunto de programas y rutinas que gestionan las funciones de las unidades de que consta un ordenador, controla la ejecuci√≥n de los programas, asign√°ndoles memoria y gestionando su entrada/salida. * * * Un sistema… ‚Ķ   Enciclopedia Universal

  • sistema operativo ‚ÄĒ Inform√°tica. Conjunto de programas necesarios para el funcionamiento de un ordenador. Desarrollan tareas de menaje, como las entradas y salidas entre el ordenador y las unidades perif√©ricas, y la recepci√≥n e interpretaci√≥n de informaci√≥n que… ‚Ķ   Diccionario de Econom√≠a Alkona

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  • Sistema operativo m√≥vil ‚ÄĒ En este art√≠culo sobre tecnolog√≠a se detect√≥ el siguiente problema: Carece de fuentes o referencias que aparezcan en una fuente acreditada. Por favor ‚Ķ   Wikipedia Espa√Īol


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