SISTEMAS OPERATIVOS

Indice
1.
Introducción a los sistemas
operativos
2. Estructura de un sistema
operativo
3. Funciones y características de los
sistemas operativos.

5. Bibliografia

1. Introducción a los sistemas
operativos

Definiciones de los sistemas
operativos.
Un sistema operativo
es un programa que
actúa como intermediario entre el usuario y el hardware de un computador y
su propósito es proporcionar un entorno en el cual el
usuario pueda ejecutar programas. El
objetivo
principal de un sistema operativo
es lograr que el sistema de
computación se use de manera
cómoda, y el
objetivo
secundario es que el hardware del computador se
emplee de manera eficiente.
Un sistema Operativo
(SO) es en sí mismo un programa de
computadora.
Sin embargo, es un programa muy especial, quizá el
más complejo e importante en una computadora.
El SO despierta a la computadora
y hace que reconozca a la CPU, la memoria, el
teclado, el
sistema de vídeo y las unidades de disco. Además,
proporciona la facilidad para que los usuarios se comuniquen con
la computadora
y sirve de plataforma a partir de la cual se corran programas de
aplicación.
Cuando enciendes una computadora, lo primero que ésta hace
es llevar a cabo un autodiagnóstico llamado auto prueba de
encendido (Power On Self Test, POST).
Durante la POST, la computadora identifica su memoria, sus
discos, su teclado, su
sistema de vídeo y cualquier otro dispositivo conectado a
ella. Lo siguiente que la computadora hace es buscar un SO para
arrancar (boot).
Una vez que la computadora ha puesto en marcha su SO, mantiene al
menos parte de éste en su memoria en todo
momento. Mientras la computadora esté encendida, el SO
tiene 4 tareas principales:

• Proporcionar ya sea una interfaz de línea de
  comando o una interfaz gráfica al usuario, para que este
  último se pueda comunicar con la computadora. Interfaz
  de línea de comando: tú introduces palabras y
  símbolos desde el teclado de la computadora, ejemplo, el
  MS-DOS.
  Interfaz gráfica del Usuario (GUI), seleccionas las
  acciones
  mediante el uso de un Mouse para
  pulsar sobre figuras llamadas iconos o seleccionar opciones de
  los menús.
• Administrar los dispositivos de hardware en la
  computadora. Cuando corren los programas, necesitan utilizar
  la memoria,
  el monitor, las
  unidades de disco, los puertos de Entrada/Salida (impresoras,
  módems, etc.). El SO sirve de intermediario entre los
  programas y el hardware.
• Administrar y mantener los sistemas de
  archivo de
  disco. Los SO agrupan la información dentro de compartimientos
  lógicos para almacenarlos en el disco. Estos grupos de
  información son llamados archivos. Los
  archivos
  pueden contener instrucciones de programas o información
  creada por el usuario. El SO mantiene una lista de los archivos
  en un disco, y nos proporciona las herramientas
  necesarias para organizar y manipular estos
  archivos.
• Apoyar a otros programas. Otra de las funciones
  importantes del SO es proporcionar servicios a
  otros programas. Estos servicios
  son similares a aquellos que el SO proporciona directamente a
  los usuarios. Por ejemplo, listar los archivos, grabarlos a
  disco, eliminar archivos, revisar espacio disponible, etc.
  Cuando los programadores escriben programas de computadora,
  incluyen en sus programas instrucciones que solicitan los
  servicios del SO. Estas instrucciones son conocidas como
  "llamadas del sistema"

¿Qué es un sistema operativo?
Un sistema operativo es el programa que oculta la verdad del
hardware al programador y presenta una vista simple y agradable
de los archivos nominados que pueden leerse y escribirse. El
sistema operativo resguarda al programador del hardware del disco
y presenta una interfaz simple orientada al archivo,
también disimula mucho del trabajo concerniente a
interrupciones, relojes o cronómetros, manejo de memoria y
otras características de bajo nivel.
La función
del sistema operativo es la de presentar al usuario con el
equivalente de una máquina ampliada o máquina
virtual que sea más fácil de programar que el
hardware implícito.
Un sistema operativo es una parte importante de casi cualquier
sistema de computación. Un sistema de
computación puede dividirse en cuatro componentes: el
hardware, el sistema operativo, los programas de
aplicación y los usuarios.
El hardware (unidad central de procesamiento (UCP), memoria y
dispositivos de
entrada y salida (E/S)) proporciona los recursos de
computación básicos. Los programas de
aplicación (compiladores,
sistemas de bases de datos,
juegos de
video y
programas para negocios)
definen la forma en que estos recursos se
emplean para resolver los problemas de
computación de los usuarios. Puede haber distintos
usuarios (personas, máquinas,
otros computadores) que intentan resolver problemas
diferentes; por lo tanto es posible que haya diferentes programas
de aplicación. El sistema operativo controla y coordina el
uso del hardware entre los diversos programas de
aplicación de los distintos usuarios
Podemos ver al sistema operativo como un asignador de recursos.
Un sistema de computación tiene muchos recursos (hardware
y software) que
pueden requerirse para resolver un problema: tiempo de la UCP,
espacio de memoria, espacio de almacenamiento de
archivos, dispositivos de E/S, etc. El sistema operativo
actúa como el administrador de
estos recursos y los asigna a usuarios y programas concretos
según los necesiten las tareas de los usuarios.
Puesto que pueden surgir conflictos en
las solicitudes de recursos, el sistema operativo debe decidir a
que solicitudes se les asignaran para que el sistema de
computación pueda funcionar de manera eficiente y
justa.
En términos generales no hay una definición de
sistema operativo completamente adecuada. Los sistemas
operativos existen porque son una manera razonable de
solucionar el problema de crear un sistema de computación
utilizable.

Objetivos para la creación de los sistemas
Operativos.

• Transformar el complejo hardware de una computadora a
  una máquina accesible al usuario.
• Lograr el mejor uso posible de los recursos. Hacer
  eficiente el uso del recurso.

El objetivo fundamental de los sistemas de
computación es ejecutar los programas de los usuarios y
facilitar la resolución de sus problemas. El hardware se
construye con este fin, pero como este no es fácil de
utilizar, se desarrollan programas de aplicación que
requieren ciertas operaciones
comunes, como el control de
dispositivos de E/S. las funciones comunes
de control y de
asignación de recursos se integran para formar un solo
fragmento de software: el sistema
operativo.

Desarrollo histórico de los sistemas
operativos.
En un principio solo existía el hardware del computador.
Los primeros computadores eran (físicamente) grandes
maquinas que se operaban desde una consola. El programador
escribía un programa y luego lo controlaba directamente
desde la consola. En primer lugar, el programa se cargaba
manualmente en la memoria, desde los interruptores del tablero
frontal (una instrucción en cada ocasión), desde
una cinta de papel o desde
tarjetas
perforadas. Luego se pulsaban los botones adecuados para
establecer la dirección de inicio y comenzar la
ejecución del programa. Mientras este se ejecutaba, el
programador-operador lo podía supervisar observando las
luces en la consola, si se descubrían errores, el
programador podía detener el programa, examinar el
contenido de la memoria y los registros y
depurar el programa directamente desde la consola. La salida del
programa se imprimía, o se perforaba en cintas de papel o
tarjetas para
su impresión posterior.
Sin embargo, con este procedimiento se
presentaban ciertos problemas. Supongamos que un usuario se
había registrado para usar una hora de tiempo del
computador dedicada a ejecutar el programa que estaba
desarrollando, pero se topaba con algún error
difícil y no podía terminar en esa hora. Si alguien
más había reservado el siguiente bloque de tiempo,
usted debía detenerse, rescatar lo que pudiera y volver
mas tarde para continuar. Por otra parte, si el programa se
ejecutaba sin problemas, podría terminar en 35 minutos;
pero como pensó que necesitaría la maquina durante
más tiempo, se registro para
usarla una hora, y permanecería inactiva durante 25
minutos.
Conforme transcurrió el tiempo, se desarrollaron software
y hardware adicionales; empezaron a popularizarse los lectores de
tarjetas, impresoras de
líneas y cintas magnéticas; se diseñaron
ensambladores, cargadores y ligadores para facilitar las tareas
de programación, y se crearon bibliotecas de
funciones comunes, de manera que estas podían copiarse a
un nuevo programa sin tener que escribirlas de nuevo.
Las rutinas que efectuaban operaciones de
E/S tenían una importancia especial. Cada nuevo
dispositivo de E/S poseía sus propias características, lo que requería una
cuidadosa programación. Así mismo, para cada
uno de ellos se escribía una subrutina especial, la cual
se denominaba manejador de dispositivos. Este sabe como deben de
usarse los buffers, indicadores,
registros,
bits de control y bits de estado para
cada dispositivo. Cada tipo de dispositivo tenía su propio
manejador. Una tarea sencilla, como leer un carácter
de un lector de cinta de papel, podía conllevar
complicadas secuencias de operaciones específicas para el
dispositivo. En lugar de tener que escribir cada vez el código
necesario, bastaba usar el manejador de dispositivo de la
biblioteca.
Más tarde aparecieron los compiladores de
FORTRAN, COBOL y otros
lenguajes, lo que facilito la tarea de programación, pero
hizo más complejo el funcionamiento del computador. Por
ejemplo, al preparar la ejecución de un programa en
FORTRAN, el programador primero necesitaba cargar en el
computador el compilador de FORTRAN, que generalmente se
conservaba en una cinta magnética, por lo que había
que montar la cinta adecuada en la unidad correspondiente. El
programa se leía a través del lector de tarjetas y
se escribía en otra cinta. El compilador de FORTRAN
producía una salida en lenguaje
ensamblador, que luego tenia que ensamblarse, para esto era
necesario montar otra cinta con el ensamblador, y
su salida debía enlazarse con las rutinas de apoyo de las
bibliotecas.
Finalmente, el programa objeto, en código
binario, estaba listo para ejecutarse; se cargaba en memoria y se
depuraba desde la consola como antes.
Los Sistemas
Operativos, al igual que el Hardware de los computadores, han
sufrido una serie de cambios revolucionarios llamados
generaciones. En el caso del Hardware, las generaciones han sido
marcadas por grandes avances en los componentes utilizados,
pasando de válvulas
(primera generación) a transistores
(segunda generación), a circuitos
integrados (tercera generación), a circuitos
integrados de gran y muy gran escala (cuarta
generación). Cada generación Sucesiva de hardware
ha ido acompañada de reducciones substanciales en los
costos,
tamaño, emisión de calor y
consumo de
energía, y por incrementos notables en velocidad y
capacidad.

Generación Cero (década de 1940)
Los primeros sistemas computacionales no poseían sistemas
operativos. Los usuarios tenían completo acceso al
lenguaje de la
maquina. Todas las instrucciones eran codificadas a
mano.

Primera Generación (década de 1950)
Los sistemas operativos de los años cincuenta fueron
diseñados para hacer mas fluida la transición entre
trabajos. Antes de que los sistemas fueran diseñados, se
perdía un tiempo considerable entre la terminación
de un trabajo y el inicio del siguiente. Este fue el comienzo de
los sistemas de procesamiento por lotes, donde los trabajos se
reunían por grupos o lotes.
Cuando el trabajo
estaba en ejecución, este tenia control total de la
maquina. Al terminar cada trabajo, el control era devuelto al
sistema operativo, el cual limpiaba y leía e iniciaba
el trabajo
siguiente.
Al inicio de los 50's esto había mejorado un poco con la
introducción de tarjetas perforadas (las
cuales servían para introducir los programas de lenguajes
de máquina), puesto que ya no había necesidad de
utilizar los tableros enchufables.
Además el laboratorio de
investigación General Motors
implementó el primer sistema operativo para la IBM 701.
Los sistemas de los 50's generalmente ejecutaban una sola tarea,
y la transición entre tareas se suavizaba para lograr la
máxima utilización del sistema. Esto se conoce como
sistemas de procesamiento por lotes de un sólo flujo, ya
que los programas y los datos eran
sometidos en grupos o lotes.
La introducción del transistor a
mediados de los 50's cambió la imagen
radicalmente. Se crearon máquinas
suficientemente confiables las cuales se instalaban en lugares
especialmente acondicionados, aunque sólo las grandes
universidades y las grandes corporaciones o bien las oficinas del
gobierno se
podían dar el lujo de tenerlas.
Para poder correr
un trabajo (programa), tenían que escribirlo en papel (en
FORTRAN o en lenguaje
ensamblador) y después se perforaría en
tarjetas. Enseguida se llevaría la pila de tarjetas al
cuarto de introducción al sistema y la entregaría a
uno de los operadores. Cuando la computadora terminara el
trabajo, un operador se dirigiría a la impresora y
desprendería la salida y la llevaría al cuarto de
salida, para que la recogiera el programador.

Segunda Generación (a mitad de la década
de 1960)
La característica de los sistemas operativos fue el
desarrollo de
los sistemas compartidos con multiprogramación, y los
principios del
multiprocesamiento. En los sistemas de multiprogramación,
varios programas de usuario se encuentran al mismo tiempo en el
almacenamiento
principal, y el procesador se
cambia rápidamente de un trabajo a otro. En los sistemas
de multiprocesamiento se utilizan varios procesadores en
un solo sistema computacional, con la finalidad de incrementar el
poder de
procesamiento de la maquina.
La independencia
de dispositivos aparece después. Un usuario que desea
escribir datos en una
cinta en sistemas de la primera generación tenia que hacer
referencia especifica a una unidad de cinta particular. En la
segunda generación, el programa del usuario especificaba
tan solo que un archivo iba a ser escrito en una unidad de cinta
con cierto número de pistas y cierta densidad.
Se desarrollo
sistemas compartidos, en la que los usuarios podían
acoplarse directamente con el computador a través de
terminales. Surgieron sistemas de tiempo real, en que los
computadores fueron utilizados en el control de procesos
industriales. Los sistemas de tiempo real se caracterizan por
proveer una respuesta inmediata.

Tercera Generación (mitad de década 1960 a
mitad década de 1970)
Se inicia en 1964, con la introducción de la familia de
computadores Sistema/360 de IBM. Los computadores de esta
generación fueron diseñados como sistemas para usos
generales. Casi siempre eran sistemas grandes, voluminosos, con
el propósito de serlo todo para toda la gente. Eran
sistemas de modos múltiples, algunos de ellos soportaban
simultáneamente procesos por
lotes, tiempo compartido, procesamiento de tiempo real y
multiprocesamiento. Eran grandes y costosos, nunca antes se
había construido algo similar, y muchos de los esfuerzos
de desarrollo terminaron muy por arriba del presupuesto y
mucho después de lo que el planificador marcaba como fecha
de terminación.
Estos sistemas introdujeron mayor complejidad a los ambientes
computacionales; una complejidad a la cual, en un principio, no
estaban acostumbrados los usuarios.

Cuarta Generación (mitad de década de 1970
en adelante)
Los sistemas de la cuarta generación constituyen el estado
actual de la tecnología. Muchos
diseñadores y usuarios se sienten aun incómodos,
después de sus experiencias con los sistemas operativos de
la tercera generación.
Con la ampliación del uso de redes de computadores y del
procesamiento en línea los usuarios obtienen acceso a
computadores alejados geográficamente a través de
varios tipos de terminales.
Los sistemas de seguridad se han
incrementado mucho ahora que la información pasa a
través de varios tipos vulnerables de líneas de
comunicación. La clave de cifrado esta
recibiendo mucha atención; han sido necesario codificar los
datos personales o de gran intimidad para que; aun si los datos
son expuestos, no sean de utilidad a nadie
mas que a los receptores adecuados.

2. Estructura de
un sistema operativo

En esta unidad examinaremos cuatro estructuras
distintas que ya han sido probadas, con el fin de tener una idea
más extensa de cómo esta estructurado el sistema
operativo. Veremos brevemente algunas estructuras de
diseños de sistemas operativos. 

Estructura modular.
También llamados sistemas monolíticos. Este tipo de
organización es con mucho la mas
común; bien podría recibir el subtitulo de "el gran
embrollo". La estructura
consiste en que no existe estructura alguna. El sistema operativo
se escribe como una colección de procedimientos,
cada uno de los cuales puede llamar a los demás cada vez
que así lo requiera. Cuando se usa esta técnica,
cada procedimiento del
sistema tiene una interfaz bien definida en términos de
parámetros y resultados y cada uno de ellos es libre de
llamar a cualquier otro, si este ultimo proporciona cierto
cálculo
útil para el primero. Sin embargo incluso en este tipo de
sistemas es posible tener al menos algo de estructura. Los
servicios (llamadas al sistema) que proporciona el sistema
operativo se solicitan colocando los parámetros en lugares
bien definidos, como en los registros o en la pila, para
después ejecutar una instrucción especial de trampa
de nombre "llamada al núcleo" o "llamada al
supervisor".
Esta instrucción cambia la máquina del modo usuario
al modo núcleo y transfiere el control al sistema
operativo, lo que se muestra en el
evento (1) de la figura 1. El sistema operativo examina entonces
los parámetros de la llamada, para determinar cual de
ellas se desea realizar, como se muestra en el
evento (2) de la figura 1. A continuación, el sistema
operativo analiza una tabla que contiene en la entrada k un
apuntador al procedimiento que realiza la k-esima llamada al
sistema. Esta operación que se muestra en (3) de la figura
1, identifica el procedimiento de servicio, al
cual se llama. Por ultimo, la llamada al sistema termina y el
control regresa al programa del usuario.
Figura 1. La forma en que debe hacerse una llamada al sistema:
(1) el programa del usuario es atraído hacia el
núcleo. (2) el sistema operativo determina el
número del servicio
solicitado. (3) el sistema operativo localiza y llama al
procedimiento correspondiente al servicio. (4) el control regresa
al programa del usuario.

Esta organización sugiere una
organización básica del sistema operativo:
1.- un programa principal que llama al procedimiento del servicio
solicitado.
2.- un conjunto de procedimientos de
servicio que llevan a cabo las llamadas al sistema.
3.- un conjunto de procedimientos utilitarios que ayudan al
procedimiento de servicio.

En este modelo, para
cada llamada al sistema existe un procedimiento de servicio que
se encarga de él. Los procedimientos utilitarios hacen
cosas necesarias para varios procedimientos de servicio, por
ejemplo buscar los datos de los programas del usuario. La
siguiente figura muestra este procedimiento de tres capas:
(Para ver el gráfico faltante haga click en el menú
superior "Bajar Trabajo")
Figura 2. Un modelo de
estructura simple para un sistema monolítico.
(Para ver el gráfico faltante haga click en el menú
superior "Bajar Trabajo")

Estructura por microkernel.
Las funciones centrales de un SO son controladas por el
núcleo (kernel) mientras que la interfaz del usuario es
controlada por el entorno (shell). Por ejemplo, la parte
más importante del DOS es un programa con el nombre
"COMMAND.COM" Este programa tiene dos partes. El kernel, que se
mantiene en memoria en todo momento, contiene el código
máquina de bajo nivel para manejar la
administración de hardware para otros programas que
necesitan estos servicios, y para la segunda parte del
COMMAND.COM el shell, el cual es el interprete de comandos
Las funciones de bajo nivel del SO y las funciones de
interpretación de comandos
están separadas, de tal forma que puedes mantener el
kernel DOS corriendo, pero utilizar una interfaz de usuario
diferente. Esto es exactamente lo que sucede cuando cargas
Microsoft
Windows, el
cual toma el lugar del shell, reemplazando la interfaz de
línea de comandos con una
interfaz gráfica del usuario. Existen muchos "shells"
diferentes en el mercado, ejemplo:
NDOS (Norton DOS), XTG, PCTOOLS, o inclusive el mismo SO MS-DOS a
partir de la versión 5.0 incluyó un Shell llamado
DOS SHELL.

Estructura por
anillos concéntricos (capas).
El sistema por "capas" consiste en organizar el sistema operativo
como una jerarquía de capas, cada una construida sobre la
inmediata inferior. El primer sistema construido de esta manera
fue el sistema THE (Technische Hogeschool Eindhoven),
desarrollado en Holanda por E. W. Dijkstra (1968) y sus
estudiantes.
El sistema tenia 6 capas, como se muestra en la figura 3. La capa
0 trabaja con la asignación del procesador y
alterna entre los procesos cuando ocurren las interrupciones o
expiran los cronómetros. Sobre la capa 0, el sistema
consta de procesos secuénciales, cada uno de los cuales se
podría programar sin importar que varios procesos
estuvieran ejecutándose en el mismo procesador, la capa 0
proporcionaba la multiprogramación básica de la
CPU.

La capa 1 realizaba la administración de la memoria. Asignaba el
espacio de memoria principal para los procesos y un recipiente de
palabras de 512K se utilizaba para almacenar partes de los
procesos (páginas) para las que no existía lugar en
la memoria principal. Por encima de la capa 1, los procesos no
debían preocuparse si estaban en la memoria o en el
recipiente; el software de la capa 1 se encargaba de garantizar
que las páginas llegaran a la memoria cuando fueran
necesarias.
La capa 2 se encargaba de la
comunicación entre cada proceso y la
consola del operador. Por encima de esta capa, cada proceso tiene
su propia consola de operador.
La capa 3 controla los dispositivos de E/S y guarda en almacenes
(buffers) los flujos de información entre ellos. Por
encima de la capa 3, cada proceso puede trabajar con dispositivos
exactos de E/S con propiedades adecuadas, en vez de dispositivos
reales con muchas peculiaridades. La capa 4 es donde estaban los
programas del usuario, estos no tenían que preocuparse por
el proceso, memoria, consola o control de E/S. el proceso
operador del sistema se localizaba en la capa 5
Una generalización mas avanzada del concepto de capas
se presento en el sistema MULTICS. En lugar de capas, MULTICS
estaba organizado como una serie de anillos concéntricos,
siendo los anillos interiores los privilegiados. Cuando un
procedimiento de un anillo exterior deseaba llamar a un
procedimiento de un anillo interior, debió hacer el
equivalente a una llamada al sistema
Mientras que el esquema de capas de THE era en realidad un apoyo
al diseño,
debido a que todas las partes del sistema estaban ligadas entre
si en un solo programa objeto, en MULTICS, el mecanismo de
anillos estaba mas presente durante el tiempo de ejecución
y era reforzado por el hardware. La ventaja del mecanismo de
anillos es su facilidad de extensión para estructurar
subsistemas del usuario.

Figura 3. Estructura del sistema operativo
THE.

Estructura cliente –
servidor
Una tendencia de los sistemas operativos modernos es la de
explotar la idea de mover el código a capas superiores y
eliminar la mayor parte posible del sistema operativo para
mantener un núcleo mínimo. El punto de vista usual
es el de implantar la mayoría de las funciones del sistema
operativo en los procesos del usuario. Para solicitar un
servicio, como la lectura de
un bloque de cierto archivo, un proceso del usuario (denominado
proceso cliente)
envía la solicitud a un proceso servidor, que
realiza entonces el trabajo y regresa la respuesta. En este
modelo, que se muestra en la figura 4, lo único que hace
el núcleo es controlar la
comunicación entre los clientes y los
servidores. Al
separar el sistema operativo en partes, cada una de ellas
controla una faceta del sistema, como el servicio a archivos,
servicios a procesos, servicio a terminales o servicio a la
memoria, cada parte es pequeña y controlable.
Además como todos los servidores se
ejecutan como procesos en modo usuario y no en modo
núcleo, no tienen acceso directo al hardware. En
consecuencia si hay un error en el servidor de
archivos, éste puede fallar, pero esto no afectará
en general a toda la máquina.
(Para ver el gráfico faltante haga click en el menú
superior "Bajar Trabajo")

Figura 4. El modelo Cliente-servidor.
Otra de las ventajas del modelo cliente-servidor es su capacidad
de adaptación para su uso en los sistemas
distribuidos (figura 5).
Si un cliente se comunica con un servidor mediante mensajes, el
cliente no necesita saber si el mensaje se maneja en forma local,
en su máquina, o si se envía por medio de una red a un servidor en una
máquina remota. En lo que respecta al cliente, lo mismo
ocurre en ambos casos: se envió una solicitud y se
recibió una respuesta.
(Para ver el gráfico faltante haga click en el menú
superior "Bajar Trabajo")

Figura 5. El modelo cliente-servidor en un sistema
distribuido.

3. Funciones y
características de los sistemas operativos.

Funciones de los sistemas operativos.
1.- Aceptar todos los trabajos y conservarlos hasta su
finalización.
2.- Interpretación de comandos: Interpreta los comandos
que permiten al usuario comunicarse con el ordenador.
3.- 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.
4.- Manejo de dispositivos de E/S: Organiza los archivos en
diversos dispositivos de
almacenamiento, como discos flexibles, discos duros,
discos compactos o cintas magnéticas.
5.- Manejo de errores: Gestiona los errores de hardware y la
pérdida de datos.
6.- 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).
7.- Protección: Evitar que las acciones de un
usuario afecten el trabajo que esta realizando otro usuario.
8.- Multiacceso: Un usuario se puede conectar a otra
máquina sin tener que estar cerca de ella.

9.- Contabilidad
de recursos: establece el costo que se le
cobra a un usuario por utilizar determinados recursos.

Características de los sistemas operativos.
En general, se puede decir que un Sistema Operativo tiene las
siguientes características:

• Conveniencia. Un Sistema Operativo hace más
  conveniente el uso de una computadora.
• Eficiencia. Un Sistema Operativo permite que los
  recursos de la computadora se usen de la manera más
  eficiente posible.
• Habilidad para evolucionar. Un Sistema Operativo
  deberá construirse de manera que permita el desarrollo,
  prueba o introducción efectiva de nuevas funciones del
  sistema sin interferir con el servicio.
• Encargado de administrar el hardware. El Sistema
  Operativo se encarga de manejar de una mejor manera los
  recursos de la computadora en cuanto a hardware se refiere,
  esto es, asignar a cada proceso una parte del procesador para
  poder compartir los recursos.
• Relacionar dispositivos (gestionar a través
  del kernel). El Sistema Operativo se debe encargar de comunicar
  a los dispositivos
  periféricos, cuando el usuario así lo
  requiera.
• 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.

4. Modalidades de trabajo de
los sistemas operativos.

Sistemas operativos por lotes.
La secuencia por lotes o procesamiento por lotes en
microcomputadoras, es la ejecución de una lista de
comandos del sistema operativo uno tras otro sin
intervención del usuario.
En los ordenadores más grandes el proceso de recogida de
programas y de conjuntos de
datos de los usuarios, la ejecución de uno o unos pocos
cada vez y la entrega de los recursos a los usuarios.
Procesamiento por lotes también puede referirse al proceso
de almacenar transacciones durante un cierto lapso antes de su
envío a un archivo maestro, por lo general una
operación separada que se efectúa durante la
noche
Los sistemas operativos por lotes (batch), en los que los
programas eran tratados por
grupos (lote) en ves de individualmente. La función de
estos sistemas operativos consistía en cargar en memoria
un programa de la cinta y ejecutarlo. Al final este, se realizaba
el salto a una dirección de memoria desde donde
reasumía el control del sistema operativo que cargaba el
siguiente programa y lo ejecutaba. De esta manera el tiempo entre
un trabajo y el otro disminuía considerablemente.
(Para ver el gráfico faltante haga click en el menú
superior "Bajar Trabajo")

Figura 6 – Sistema de procesamiento por lotes.
Algunas otras características con que cuentan los Sistemas
Operativos por lotes son:

• Requiere que el programa, datos y órdenes al
  sistema sean remitidos todos juntos en forma de
  lote.
• Permiten poca o ninguna interacción
  usuario/programa en ejecución.
• Mayor potencial de utilización de recursos que
  procesamiento serial simple en sistemas
  multiusuarios.
• No conveniente para desarrollo de programas por bajo
  tiempo de retorno y depuración fuera de
  línea.
• Conveniente para programas de largos tiempos de
  ejecución (Ej., análisis estadísticos, nóminas
  de personal,
  etc.)
• Se encuentra en muchos computadores personales
  combinados con procesamiento serial.
• Planificación del procesador sencilla,
  típicamente procesados en orden de llegada.
• Planificación de memoria sencilla, 
  generalmente se divide en dos: parte residente del S.O. y
  programas transitorios.
• No requieren gestión crítica de dispositivos en
  el tiempo.
• Suelen proporcionar gestión sencilla de manejo de archivos:
  se requiere poca protección y ningún control de
  concurrencia para el acceso.

Sistemas operativos de tiempo compartido.
El tiempo compartido en ordenadores o computadoras
consiste en el uso de un sistema por más de una persona al mismo
tiempo. El tiempo compartido ejecuta programas separados de forma
concurrente, intercambiando porciones de tiempo asignadas a cada
programa (usuario). En este aspecto, es similar a la capacidad de
multitareas que es común en la mayoría de los
microordenadores o las microcomputadoras. Sin embargo el tiempo
compartido se asocia generalmente con el acceso de varios
usuarios a computadoras
más grandes y a organizaciones de
servicios, mientras que la multitarea relacionada con las
microcomputadoras implica la realización de
múltiples tareas por un solo usuario.
Los principales recursos del sistema, el procesador, la memoria,
dispositivos de E/S, son continuamente utilizados entre los
diversos usuarios, dando a cada usuario la ilusión de que
tiene el sistema dedicado para sí mismo. Esto trae como
consecuencia una gran carga de trabajo al Sistema Operativo,
principalmente en la
administración de memoria principal y
secundaria.

Características de los Sistemas Operativos de
tiempo compartido:

• Populares representantes de sistemas multiprogramados
  multiusuario, Ej.: sistemas de diseño asistido por computador,
  procesamiento de texto,
  etc.
• Dan la ilusión de que cada usuario tiene una
  máquina para  sí.
• La mayoría utilizan algoritmo de
  reparto circular.
• Los programas se ejecutan con prioridad rotatoria que
  se incrementa con la espera y disminuye después de
  concedido el servicio.
• Evitan monopolización del sistema asignando
  tiempos de procesador (time slot).
• Gestión de memoria: proporciona
  protección a programas residentes.
• Gestión de archivo: debe proporcionar
  protección y control de acceso debido a que  pueden
  existir múltiples usuarios accesando un mismo
  archivo.

Sistemas operativos de tiempo real.
Un sistema operativo en tiempo real procesa las instrucciones
recibidas al instante, y una vez que han sido procesadas muestra
el resultado. Este tipo tiene relación con los sistemas
operativos monousuarios, ya que existe un solo operador y no
necesita compartir el procesador entre varias solicitudes.
Su característica principal es dar respuestas
rápidas; por ejemplo en un caso de peligro se
necesitarían respuestas inmediatas para evitar una
catástrofe.
Los Sistemas Operativos de tiempo real, cuentan con las
siguientes características:

• Se dan en entornos en donde deben ser aceptados y
  procesados gran cantidad de sucesos, la mayoría externos
  al sistema computacional, en breve tiempo o dentro de ciertos
  plazos.
• Se utilizan en control industrial, conmutación
  telefónica, control de vuelo, simulaciones en tiempo
  real., aplicaciones militares, etc.
• Su objetivo es proporcionar rápidos tiempos de
  respuesta.
• Procesa ráfagas de miles de interrupciones por
  segundo sin perder un solo suceso.
• Un proceso se activa tras ocurrencia de suceso,
  mediante interrupción.
• Un proceso de mayor  prioridad expropia
  recursos.
• Por tanto generalmente se utiliza planificación expropiativa basada en
  prioridades.
• Gestión de memoria menos exigente que tiempo
  compartido, usualmente procesos son residentes permanentes en
  memoria.
• Población de procesos estática
  en gran medida.
• Poco movimiento
  de programas entre almacenamiento secundario y
  memoria.
• La gestión de archivos se orienta 
  más a velocidad de
  acceso que a utilización eficiente del
  recurso.

Sistemas operativos de red.
La principal función de un sistema operativo de red es
ofrecer un mecanismo para transferir archivos de una
máquina a otra. En este entorno, cada instalación
mantiene su propio sistema de archivos local y si un usuario de
la instalación A quiere acceder a un archivo en la
instalación B, hay que copiar explícitamente el
archivo de una instalación a otra.
Internet
proporciona un mecanismo para estas transferencias, a
través del programa protocolo de
transferencias de archivos FTP (File
Transfer Protocol).
Suponga que un usuario quiere copiar un archivo A1, que reside en
la instalación B, a un archivo A2 en la instalación
local A. Primero, el usuario debe invocar el programa FTP, el cual
solicita al usuario la información siguiente:
a) El nombre de la instalación a partir de la cual se
efectuará la transferencia del archivo (es decir la
instalación B).
b) La información de acceso, que verifica que el usuario
tiene los privilegios de acceso apropiados en la
instalación B.
Una vez efectuada esta comprobación, el usuario puede
copiar el archivo A1 de B a A2 en A, ejecutando "get A1 to
A2"
En este esquema, la ubicación del archivo no es
transparente para el usuario; tiene que saber exactamente donde
esta cada archivo. Además los archivos no se comparten
realmente, porque un usuario solo puede copiar un archivo de una
instalación a otra. Por lo tanto pueden existir varias
copias del mismo archivo, lo que representa un desperdicio de
espacio. Así mismo, si se modifican, estas copias no
serán consistentes.
Los Sistemas Operativos de red son aquellos sistemas que
mantienen a dos o más computadoras unidas a través
de algún medio de comunicación (físico o no), con el
objetivo primordial de poder compartir los diferentes recursos y
la información del sistema.
El primer Sistema Operativo de red estaba enfocado a equipos con
un procesador Motorola 68000, pasando posteriormente a procesadores
Intel como Novell
Netware.
Los Sistemas Operativos de red más ampliamente usados son:
Novell
Netware, Personal Netware,
LAN Manager,
Windows NT
Server, UNIX,
LANtastic.

Sistemas operativos distribuidos.
En un sistema operativo distribuido los usuarios pueden acceder a
recursos remotos de la misma manera en que lo hacen para los
recursos locales. La migración
de datos y procesos de una instalación a otra queda bajo
el control del sistema operativo distribuido.
Permiten distribuir trabajos, tareas o procesos, entre un
conjunto de procesadores. Puede ser que este conjunto de
procesadores esté en un equipo o en diferentes, en este
caso es transparente para el usuario. Existen dos esquemas
básicos de éstos. Un sistema fuertemente acoplado
es aquel que comparte la memoria y un reloj global, cuyos tiempos
de acceso son similares para todos los procesadores. En un
sistema débilmente acoplado los procesadores no comparten
ni memoria ni reloj, ya que cada uno cuenta con su memoria
local.
Los sistemas
distribuidos deben de ser muy confiables, ya que si un
componente del sistema se descompone otro componente debe de ser
capaz de reemplazarlo.
Entre los diferentes Sistemas Operativos distribuidos que existen
tenemos los siguientes: Sprite, Solaris-MC, Mach, Chorus, Spring,
Amoeba, Taos, etc.

Características de los Sistemas Operativos
distribuidos:

• Colección de sistemas autónomos capaces
  de comunicación y cooperación mediante
  interconexiones hardware y software.
• Proporciona abstracción de máquina
  virtual a los usuarios.
• Objetivo clave es la transparencia.
• Generalmente proporcionan medios para
  la compartición global de recursos.

Servicios añadidos: denominación global,
sistemas de archivos distribuidos, facilidades para distribución de cálculos (a
través de comunicación de procesos internodos,
llamadas a procedimientos remotos, etc.).

Figura 7.- Sistema Operativo Distribuido.
Sistemas operativos multiprocesadores.
En los sistemas multiprocesador, los procesadores comparten la
memoria y el reloj.  Se incrementa la capacidad de
procesamiento y la confiabilidad, son
económicos. 

• Multiprocesamiento simétrico: Cada procesador
  ejecuta una copia del sistema operativo. 
• Multiprocesamiento asimétrico: Cada procesador
  tiene asignado una tarea específica, existe un
  procesador master que asigna tareas a los procesadores
  esclavos. 

Multiproceso: Las computadoras que tienen más de
un CPU son llamadas multiproceso. Un sistema operativo
multiproceso coordina las operaciones de las computadoras
multiprocesadores. Ya que cada CPU en una computadora de
multiproceso puede estar ejecutando una instrucción, el
otro procesador queda liberado para procesar otras instrucciones
simultáneamente.
Al usar una computadora con capacidades de multiproceso
incrementamos su velocidad de respuesta y procesos. Casi todas
las computadoras que tienen capacidad de multiproceso ofrecen una
gran ventaja.
Los primeros Sistemas Operativos Multiproceso realizaban lo que
se conoce como Multiproceso asimétrico. Una CPU principal
retiene el control global de la computadora, así como el
de los otros procesadores. Esto fue un primer paso hacia el
multiproceso pero no fue la dirección ideal a seguir ya
que la CPU principal podía convertirse en un cuello de
botella.
Multiproceso simétrico. En un sistema multiproceso
simétrico, no existe una CPU controladora única. La
barrera a vencer al implementar el multiproceso simétrico
es que los SO tienen que ser rediseñados o
diseñados desde el principio para trabajar en un ambiente
multiproceso. Las extensiones de UNIX, que
soportan multiproceso asimétrico ya están
disponibles y las extensiones simétricas se están
haciendo disponibles. Windows NT de
Microsoft
soporta multiproceso simétrico.

5.
Bibliografia

• Sistemas Operativos Modernos

Andrew S. Tanenbaum
Pearson Education

• Operating System Concepts

A. Silberschatz, J. Peterson, P. Galvin
Addison – Wesley Publishing Company

• Sistemas Operativos / Diseño E
  Implementación

Andrew S. Tanenbaum
Prentice – Hall

Autor:

Heriberto Gabriel Soto