Introducción a Sistemas Operativos

Introducción a los Sistemas Operativos

• Un sistema operativo es un programa que controla la ejecución de aplicaciones y actúa como interfaz entre el software y el hardware.
• Los tres objetivos principales de un sistema operativo son:
  • Facilidad de uso.
  • Eficiencia en la utilización de recursos.
  • Capacidad para evolucionar sin interrumpir el servicio.

Interfaz Usuario/Computador

• Los usuarios finales no se preocupan de los detalles del hardware, sino que ven el sistema como un conjunto de aplicaciones.
• Una aplicación se expresa en un lenguaje de programación y es desarrollada por un programador.
• Los programas de sistema, conocidos como utilidades, facilitan la tarea de programación.
• El sistema operativo oculta los detalles del hardware, proporcionando una interfaz para utilizar el sistema y facilitar el acceso a utilidades y servicios.

Servicios Proporcionados por el Sistema Operativo

• Desarrollo de programas: Ofrece utilidades como editores y depuradores.
• Ejecución de programas: Realiza tareas de planificación, carga de instrucciones y preparación de recursos.
• Acceso a dispositivos de E/S: Proporciona una interfaz uniforme para acceder a los dispositivos.
• Acceso controlado a ficheros: Refleja una comprensión detallada de los dispositivos y la estructura de datos.
• Acceso al sistema: Controla el acceso al sistema y protege los recursos y datos.
• Detección y respuesta a errores: Proporciona respuestas ante errores de hardware y software.
• Contabilidad: Recopila estadísticas de uso de recursos para mejorar el rendimiento y facturar a usuarios en sistemas multiusuario.

El Sistema Operativo como Gestor de Recursos

• Un computador es un conjunto de recursos que se utilizan para el transporte, almacenamiento, procesamiento y control de datos.
• El sistema operativo gestiona estos recursos, controlando las funciones básicas del computador.
• El sistema operativo se presenta como un programa que da instrucciones al procesador, dirigiendo los recursos del sistema.
• Cede el control al procesador para realizar el trabajo y luego lo retoma.
• Gestiona la memoria principal (con el kernel y datos de usuario), dispositivos de E/S y el tiempo del procesador.

Facilidad de Evolución

• Un sistema operativo debe evolucionar debido a:
  • Actualizaciones de hardware.
  • Nuevos servicios demandados por los usuarios o gestores del sistema.
  • Resolución de fallos.
• Un diseño modular con interfaces bien definidas y documentadas es importante para facilitar los cambios en el software.

Evolución de los Sistemas Operativos

• En los primeros computadores (finales de los años 40 y mediados de los 50) no existía sistema operativo, y el programador interactuaba directamente con el hardware.
• Los sistemas iniciales presentaban problemas de planificación y configuración.

Procesamiento Serie

• Los usuarios accedían en serie al computador, lo que llevó al desarrollo de herramientas de software para hacerlo más eficiente.

Sistema en Lotes Sencillos

• El concepto de sistema operativo en lotes se desarrolló para maximizar la utilización de las máquinas.
• General Motors desarrolló el primer sistema operativo en lotes para el IBM 701 a mediados de los años 50.
• El usuario envía un trabajo al operador, que crea un sistema por lotes.

Puntos de Vista del Monitor y del Procesador

• Monitor: controla la secuencia de eventos y está siempre en memoria principal.
• Procesador: ejecuta instrucciones del monitor y del programa de usuario, alternando entre ellos.

Sistemas en Lotes Multiprogramados

• Para evitar que el procesador esté ocioso, se implementó la multiprogramación, permitiendo la multiplexación entre programas.
• La multiprogramación es el tema central de los sistemas operativos modernos.
• Un sistema operativo en lotes simple secuenciaba los trabajos automáticamente.

Principales Logros en los Sistemas Operativos

• Los sistemas operativos son piezas de software complejas debido a la dificultad de conveniencia, eficiencia y capacidad de evolución.
• Se proponen cinco avances teóricos principales:
  • Procesos.
  • Gestión de memoria.
  • Protección y seguridad de la información.
  • Planificación y gestión de los recursos.
  • Estructura del sistema.

Procesos

• Es un concepto fundamental en la estructura de los sistemas operativos y una definición más general que el trabajo.
• Se han dado muchas definiciones, incluyendo:
• Un programa en ejecución.
• Una instancia de un programa ejecutándose.
• La entidad que se puede asignar a un procesador.
• Un hilo secuencial de ejecución.

Componentes de un Proceso

• Un programa ejecutable.
• Los datos asociados necesarios.
• El contexto de ejecución.

Gestión de Memoria

• Un sistema operativo debe tener cinco responsabilidades de gestión:

  • Aislamiento de procesos.
  • Asignación y gestión automática.
  • Soporte a la programación modular.
  • Protección y control de acceso.

• Almacenamiento a largo plazo.

• Los sistemas operativos alcanzan estos requisitos mediante la memoria virtual y las utilidades.

Protección y Seguridad de la Información

• La protección de información preocupa cada vez más en sistemas de tiempo compartido y redes de computadores.
• El control del acceso a los sistemas y a la información almacenada es un problema importante.
• El trabajo en seguridad se agrupa en:
  • Disponibilidad.
  • Confidencialidad.
  • Integridad de los datos.
  • Autenticidad.

Planificación y Gestión de los Recursos

• Se debe tener en cuenta:
  • Equitatividad en el acceso a los recursos.
  • Respuesta diferencial según los requisitos del servicio.
  • Eficiencia para maximizar la productividad.

Estructura de los Sistemas Operativos

• A medida que se añaden características, los sistemas operativos crecen en tamaño y complejidad.
• La modularidad del software ayuda a organizar el proceso y limitar los errores.
• El uso de capas jerárquicas y abstracción de información facilitan el control del sistema.