INTRODUCCION A LOS SISTEMAS OPERATIVOS

Sistema operativo

Un Sistema operativo es un software básico que controla una computadora. El sistema operativo tiene tres grandes funciones: coordina y manipula el hardware del ordenador o computadora, como la memoria, las impresoras, las unidades de disco, el teclado o el mouse; organiza los archivos en diversos dispositivos de almacenamiento, como discos flexibles, discos duros, discos compactos o cintas magnéticas, y gestiona los errores de hardware y la pérdida de datos. Un sistema operativo es un programa que controla la ejecución de los programas de aplicación y que actúa como interfaz entre el usuario de un computador y el hardware de la misma.

Objetivos de los Sistemas Operativos

Un sistema operativo tiene tres objetivos o lleva a cabo tres funciones:
• Comodidad: Un sistema operativo hace que un computador sea más cómoda de utilizar.
• Eficiencia: Un sistema operativo permite que los recursos de un sistema informático se aprovechen de una manera más eficiente.
• Capacidad de evolución: Un sistema operativo debe construirse de modo que permita el desarrollo efectivo, la verificación y la introducción de nuevas funciones en el sistema y, a la vez, no interferir en los servicios que brinda.

Evolución de los sistemas operativos

· Proceso en serie
En los primeros computadores, de finales de los 40 hasta mediados de los 50, el programador interactuaba directamente con el hardware; no había sistema operativo. La operación con estas máquinas se efectuaba desde una consola consistente en unos indicadores luminosos, unos conmutadores, algún tipo de dispositivo de entrada y una impresora. Los programas en código máquina se cargaban a través del dispositivo de entrada (un lector de tarjetas, por ejemplo). Si se detiene el programa por un error, la condición de error se indicaba mediante los indicadores luminosos. El programador podía examinar los registros y la memoria principal para determinar la causa del error. Si el programa continuaba hasta su culminación normal, la salida aparecería en la impresora.
Estos primeros sistemas presentaban dos problemas principales:
• Planificación: La mayoría de las instalaciones empleaban un formulario de reserva de tiempo de máquina. Normalmente, un usuario podía reservar bloques de tiempo en múltiplos de media hora o algo por el estilo. Un usuario podía reservar una hora y terminar a los 45 minutos; esto daba como resultado un desperdicio del tiempo del computador. Por el contrario, el usuario podía tener dificultades, no terminar en el tiempo asignado y verse forzado a parar sin haber solucionado el problema.
• Tiempo de preparación: Un programa sencillo, llamado trabajo, cargaba un compilador y un programa en lenguaje de alto nivel (programa fuente) en la memoria, salvaba el programa compilado (programa objeto) y luego montaba y cargaba el programa objeto junto con las funciones comunes. Cada uno de estos pasos podía implicar montar y desmontar cintas o preparar paquetes de tarjetas. Si se producía un error, el infortunado usuario tenía que volver al inicio de este proceso de preparación. De este modo, se perdía un tiempo considerable en preparar un programa para su ejecución.
Este modo de operación podría denominarse proceso en serie porque refleja el hecho de que los usuarios tenían que acceder al computador en serie. Con el paso del tiempo se desarrollaron varias herramientas de software de sistemas para intentar hacer más eficiente este proceso en serie. Entre éstas se incluían bibliotecas de funciones comunes, montadores, cargadores, depuradores y rutinas de manejo de E/S que estaban disponibles como un software común para todos los usuarios.

· Sistemas sencillos de proceso por lotes
Las primeras máquinas eran muy caras y, por tanto, era importante maximizar la utilización de las mismas. El tiempo desperdiciado por la planificación y la preparación era inaceptable.
Para mejorar el uso, se desarrolló el concepto de sistema operativo por lotes (batch). El primer sistema operativo por lotes fue desarrollado a mediados de los 50 por la General Motors para usar en un IBM 701 [WEIZ81]. Este concepto fue refinado posteriormente e implementado en un IBM 704 por una serie de clientes de IBM. A principios de los 60, un conjunto de constructores ya habían desarrollado sistemas operativos por lotes para sus computadores. IBSYS, el sistema operativo de IBM para las computadores 7090/7094, es particularmente notable por su amplia influencia en otros sistemas.
La idea central que está detrás del esquema sencillo de proceso por lotes es el uso de un elemento de software conocido como monitor. Con el uso de esta clase de sistema operativo, los usuarios ya no tenían acceso directo a la máquina. En su lugar, el usuario debía entregar los trabajos en tarjetas o en cinta al operador del computador, quien agrupaba secuencialmente los trabajos por lotes y ubicaba los lotes enteros en un dispositivo de entrada para su empleo por parte del monitor. Cada programa se construía de modo tal que volviera al monitor al terminar su procesamiento y, en ese momento, el monitor comenzaba a cargar automáticamente el siguiente programa.

Paquete de tarjetas para un sistema sencillo por lotes

· Sistemas por lotes con multiprogramación
Aún con el secuenciamiento automático de los trabajos ofrecido por un sistema operativo sencillo por lotes, el procesador está desocupado a menudo. El problema es que los dispositivos de E/S son lentos comparados con el procesador. Los números corresponden a un programa que procesa un archivo de registros y ejecuta, en promedio, 100 instrucciones de máquina por cada registro. En este ejemplo, el computador gasta más del 96% del tiempo esperando a que los dispositivos de E/S terminen de transferir sus datos. El procesador gasta parte del tiempo ejecutando hasta que encuentra una instrucción de E/S. Entonces debe esperar a que concluya la instrucción de E/S antes de continuar.
Esta ineficiencia no es necesaria. Se sabe que hay memoria suficiente para almacenar el sistema operativo (el monitor residente) y un programa de usuario. Supóngase que hay espacio suficiente para el sistema operativo y dos programas usuarios. Ahora, cuando un trabajo necesite esperar una E/S, el procesador puede cambiar al otro trabajo, que probablemente no estará esperando a la E/S. Además, se podría ampliar la memoria para almacenar tres, cuatro o más programas y conmutar entre todos ellos . Este proceso es conocido como multiprogramador o multitarea. Éste es el punto central de los sistemas operativos modernos.

· Sistemas de tiempo compartido
Con el uso de la multiprogramación, el tratamiento por lotes puede llegar a ser bastante eficiente. Sin embargo, para muchas tareas, es conveniente suministrar un modo en que el usuario interactúe directamente con el computador. De hecho, para algunos trabajos, tales como el proceso de transacciones, este modo interactivo es fundamental.
Hoy en día, los requisitos de un servicio de computación interactiva pueden y suelen llevarse a cabo con el empleo de un computador dedicada. Esta opción no estaba disponible en los años 60, cuando la mayoría de los computadores eran grandes y costosos. En su lugar, se desarrollaron las técnicas de tiempo compartido.
Al igual que la multiprogramación permite al procesador manejar varias tareas por lotes al mismo tiempo, la multiprogramación puede también utilizarse para manejar varias tareas in-teractivas. En este último caso, la técnica se conoce como tiempo compartido, porque refleja el hecho de que el tiempo del procesador es compartido entre los diversos usuarios.
· Logros en los sistemas operativos
Los sistemas operativos están entre los elementos de software más complejos que se han de-sarrollado. Esto refleja el reto de tratar de conjugar las dificultades y, en algunos casos, objetivos opuestos de comodidad, eficiencia y capacidad de evolución. Denning y sus colegas [DENN80a] proponen que, hasta la fecha, se han obtenido cuatro logros intelectuales significativos en el desarrollo de los sistemas operativos:
• Los procesos
• La gestión de memoria
• La seguridad y la protección de la información
• La planificación y la gestión de recursos
• La estructura del sistema
Cada logro viene caracterizado por unos principios o abstracciones que se han desarrollado para solucionar las dificultades de los problemas prácticos. En conjunto, estos cinco campos abarcan los puntos clave del diseño e implementación de los sistemas operativos modernos. La breve revisión que se hará de estos cinco campos en esta sección sirve como introducción a gran parte del texto restante.

Proceso
El concepto de proceso es fundamental en la estructura de los sistemas operativos. Este término fue acuñado por primera vez por los diseñadores de Multics en los años 60. Es un término algo más general que el de trabajo. Se han dado muchas definiciones para el término proceso, entre las que se incluyen las siguientes:
• Un programa en ejecución
• El "espíritu animado" de un programa
• La entidad que puede ser asignada al procesador y ejecutada por él.

Estructura del sistema
En la medida en que se añaden más características a los sistemas operativos y en que el hardware se hace más complejo y versátil, el tamaño y la complejidad de los sistemas operativos han ido creciendo (figura 2.13). El sistema CTSS (Compatible Time-Sharing System), puesto en funcionamiento en el MIT en 1963, constaba, como máximo, de aproximadamente 32.000 palabras de 36 bits. El OS/360, presentado posteriormente por IBM, tenía más de un millón de instrucciones de máquina. Hacia 1973, el sistema Multics, desarrollado por el MIT y los Laboratorios Bell, había crecido a más de 20 millones de instrucciones. Es cierto que, más recientemente, se han desarrollado sistemas operativos más simples, para sistemas más pequeños, pero estos han ido creciendo inevitablemente en la medida en que el hardware y los requisitos de los usuarios han crecido.