INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS OPERATIVOS Las funciones principales de todo SO

TEMA 3: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS OPERATIVOS

1.  Introducción

Sistema operativo.- SW básico del ordenador. Gestiona todos los recursos del sistema optimizando su uso y proporciona la base para la creación y ejecución de SW de aplicación. Conjunto de programas y funciones que gestionan y coordinan el funcionamiento del HW y del SW ofreciendo al usuario una forma sencilla de comunicarse con el ordenador. Oculta al usuario la verdad acerca del HW y gracias a su interfaz sencilla proporciona al usuario una comunicación directa  sin que éste tenga que  preocuparse de la gestión de la memoria, del procesador o de otro recurso o componente de HW. Hace de intermediario y controlador entre la parte física del ordenador, el SW que se usa y el usuario para gestionar y administrar sus recursos.

El SO “despierta” al ordenador y hace que reconozca a la CPU, la memoria, las unidades de disco y cualquier otro dispositivo conectado a ella. A este proceso se le llama POST.

Las funciones principales de todo SO son:

• Control de la ejecución de los programas.- acepta los trabajos, administra la forma de realizarlos, les asigna recursos y los conserva hasta que finalizan.
• Administración de periféricos.
• Gestión de permisos y de usuarios.- evitando que las acciones de un usuario afecten a los trabajos de otros usuarios.
• Control de concurrencia.- establece prioridades si se solicita el mismo recurso por parte de varios procesos.
• Control de errores.- gestiona los errores de  HW y la pérdida de datos.
• Administración de memoria.- asigna memoria a los procesos y gestiona el uso.
• Control de seguridad.- tanto a los usuarios como al SW y a la información guardada en los sistemas.

Los recursos HW y SW que controla o gestiona el SO son los siguientes:

• Procesador.
• Memoria interna.
• Periféricos de E/S.
• Información.

La mayoría de los SO son abiertos y es posible modificarlos o ampliarlos sin demasiado trabajo. Basta con modificar la parte afectada e incluir los cambios dentro del bloque general. Los SO modernos se articulan en una estructura formada por niveles. Cada nivel o parte del SO se encargará de una función.

Un SO se puede usar de 2 formas diferentes o interfaces como medio de comunicación entre el SW y el HW:

• Interfaz tipo texto.- interacción entre el SO y el usuario a través de la línea de comandos. SO tipo texto: las órdenes del usuario y las respuestas del SO se introducen y visualizan con cadenas de caracteres. Ej: MS-DOS, versiones de UNIX, primeras versiones de LINUX,…
• Interfaz tipo gráfico.- interacción entre el SO y el usuario a través de una interfaz que usa ventanas, iconos y ratón. La información en pantalla se muestra en bloques o en pantallas independientes. A estos bloques se les llama ventanas y en ellas aparecen componentes y objetos que sirven para enviar o recibir información sin necesidad de teclear.

Se puede hacer una primera clasificación de los SO teniendo en cuenta la gestión que hacen del SW y el HW y la forma en que el usuario los puede usar:

• SO monousuario (SOMO).- los recursos HW y SW que se utilizan están a disposición de un solo usuario.
• SO multiusuario (SOMU).- varios usuarios pueden usar los recursos SW y HW de un mismo ordenador. Tiene un diseño, potencia y funciones  superiores al SOMO. Existen dos tipos dependiendo de su HW:

• SOMU montado en mainframes o en microordenadores (único ordenador principal y terminales entorno a él. El tiempo de CPU se divide entre todos los procesos existentes).
• SOMU montado en ordenadores personales. Actualmente llamados SO en red (cada usuario un ordenador con su propio SO monousuario y se comunica con el ordenador principal con su SO multiusuario). Hay 2 modos de trabajo: en la primera, todo el peso del trabajo se delega al ordenador del usuario (cliente) y el ordenador principal ejerce de servidor de aplicaciones quedando los datos en el servidor.  En la segunda, el ordenador principal será el encargado de ejecutar las aplicaciones. El ordenador cliente tendrá un pequeño SW llamado SW cliente para poder trabajar con la aplicación. Es el que tenemos al conectarnos a nuestra cuenta del server.

1.  Arquitectura y componentes.

Los SO se organizan en capas en torno a un núcleo principal. Cada una de estas capas o niveles realiza una función determinada y dependiendo de esa función, tienen más o menos prioridad. La capa principal y la de mayor prioridad es el núcleo.

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Un SO se puede estructurar o dividir en 4 capas o niveles:

1. Nivel núcleo.- controla todo lo que ocurre en el ordenador. Gestiona los procesos que llegan para ser ejecutados. Realiza tareas básicas del sistema, comunicación con el HW, planificación de procesos, …
2. Nivel ejecutivo.- sobre él se realiza la administración y gestión de la memoria. Se encarga de almacenar  los procesos en páginas tanto en memoria principal como en disco. Esta gestión es la llamada gestión de memoria virtual.
3. Nivel supervisor.- realiza la comunicación de cada proceso entre el sistema y el usuario. Controla y coordina la gestión de E/S de los diferentes procesos hacia los periféricos y los dispositivos de almacenamiento externo.
4. Nivel usuario.- controla los procesos que está utilizando el usuario, sin preocuparse de la gestión de memoria, de la gestión de E/S ni de nada en especial. Muestra al usuario el proceso que este quiere ejecutar.

Otra manera de estructurar los SO es por el tipo de gestiones que realiza:

1. Nivel 1: Gestión del procesador.- es donde se encuentra el núcleo o kernel. Cuando arranca el ordenador se carga en memoria y permanece allí para encargarse de las siguientes funciones:

1. Comunicación y conmutación de procesos.- lleva la cuenta de los procesos activos, trasladando el control de la CPU de un proceso a otro y guardando el estado o contexto del sistema en estructuras de datos. El planificador o asignador de recursos se encarga de estas funciones. Los semáforos o mensajes servirán para comunicar los procesos entre sí.
2. Control de interrupciones.
3. Manejo de condiciones de error.

1. Nivel 2: Gestión de memoria.- reparte la memoria libre entre los procesos. Se hacen asignaciones y liberaciones de memoria y se controla la violación de acceso a zonas de memoria no permitidas.
2. Nivel 3: Gestión de procesos.- es donde se crearán y destruirán procesos, se intercambian mensajes y se detectan y arrancan los procesos.
3. Nivel 4: Gestión de dispositivos.- se realiza la gestión de las E/S en función de los dispositivos existentes.
4. Nivel 5: Gestión de la información.- Gestiona el espacio de nombres lógicos que se usan para simplificar el acceso a los recursos. Otra función es proteger la información.

Los 2 primeros niveles pertenecen a la parte del SO que depende del HW de la máquina y el resto pertenecen a la parte portable del SO. Los diferentes niveles se comunican con el inmediatamente inferior y superior para que todos estén coordinados y cumplan el objetivo del SO. Cada nivel realiza un subconjunto de funciones y utiliza funciones que le aporta el nivel inferior que es el más cercano a la máquina. Cada nivel tiene una interfaz bien definida por lo que se puede modificar un nivel sin afectar al resto. Un mismo SO puede trabajar en múltiples plataformas HW.

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