Sistema operativo y sus funciones

INTRODUCCIÓN

En las siguientes líneas se hablará sobre lo referente al tema denominado Sistemas Operativos en el que se describirán algunos conceptos sobre éste. Para ello se ha recurrido a algunas fuentes de información como libros de texto y artículos en línea. Algunos temas a desarrollar serán: conceptos arquitectónicos, jerarquía de memoria, memoria virtual, entrada/salida, protección, procesos, gestor de Memoria, seguridad entre otros. Al finalizar se hará una reflexión a manera de conclusión.

1. SISTEMAS OPERATIVOS

1.1 Conceptos arquitectónicos

El sistema operativo, controla los archivos, dispositivos, secciones de la memoria así como cada nanosegundo del tiempo del procesamiento. También controla quién puede utilizar el sistema y de qué manera. Cada vez que se envía un comando, el sistema operativo debe asegurarse de que se ejecute, si esto no ocurre debe enviar un mensaje explicando el error. La siguiente figura representa los cuatro administradores de subsistemas que apoyan la interfaz de comando del usuario.

Fig. 1 Administradores de la interfaz: comando del usuario, de la memoria, de dispositivos y de archivos.

1.2 Jerarquía de la memoria

Surge de la necesidad de usar memoria que ofrezca una gran capacidad, pero para cumplir los requisitos de rendimiento, se puede necesitar una memoria con capacidad relativamente menor y con tiempos de acceso rápidos. Para ello, y no depender sólo de un componente de memoria, se emplea la jerarquía de memoria

Fig. 2 La jerarquía de memoria. A medida que se desciende por la jerarquía se obtienen mejores condiciones.

a) Disminución del coste por bit

b) Aumento de la capacidad

c) Aumento del tiempo de acceso

d) Disminución de la frecuencia de acceso a la memoria por parte del procesador.

Esto último es el éxito de esta organización.

1.3 Memoria virtual

La memoria virtual ayuda “[…] al desarrollo de grandes sistemas de software, porque se pueden desarrollas piezas individuales por separado y luego se vinculan entre ellas.” La memoria virtual tiene varias ventajas:

a) El tamaño de la memoria no está sujeta al tamaño de la memoria principal

b) La memora se utiliza con más eficaz, en tanto que las tareas que no se precisen se mantienen en almacenamiento secundario.

c) Permite una cantidad ilimitada de multiprogramación

d) Permite compartir códigos y datos

e) Facilita el enlace dinámico de segmentos de programa.

1.4 Entrada y salida

Los dispositivos E/S se pueden dividir a grandes rasgos en dos categorías: dispositivos por bloques y por caracteres. El primero almacena información en bloque s de tamaño fijo, cada uno con su propia dirección y es posible leer o escribir cada bloque con independencia de los demás.

El otro tipo de dispositivo, el de caracteres acepta una corriente de caracteres, sin completar ninguna estructura de bloques, no es direccionable y no tiene una operación de búsqueda (impresoras, interfaces de red, ratones).

Fig. 3 Dispositivos conectados a través de la tarjeta controladora

1.5 Protección

La capacidad de compartir recursos, gracias a la multiprogramación, introdujo la necesidad de protección. Por ello la protección de la memoria principal es fundamental, en tanto que so un proceso puede escribir inadvertidamente en el espacio de memoria de otro proceso, éste puede que no se ejecute correctamente.

La protección del sistema operativo funciona en los siguientes casos:

Ninguna protección

Aislamiento

Compartir todo o nada

Compartir por limitación del acceso

Compartir por capacidades dinámicas

Uso limitado de un objeto

En todos los casos, el sistema operativo, “[…] puede ofrecer grados diferentes de protección para distintos objetos, usuarios o aplicaciones. Hace falta que el sistema operativo equilibre la necesidad de compartir […].”

1.6 Procesos

Es un proceso en ejecución que incluye los valores del controlador de un programa, los registros y las variables. “Conceptualmente, cada uno de estos procesos tiene su propia CPU virtual. Desde luego, en la realidad la verdadera CPU conmuta de un proceso a otro, pero para entender el sistema es mucho más fácil pensar en una colección de procesos que se ejecutan paralelo […]” Esto se explica de la siguiente manera:

Figura 4. (a) Multiprogramación de 4 programas, (b) cuatro procesos secuenciales independientes (c) un solo programa activo en un instante dado.

1.7 Gestión de memoria

Para que exista un soporte a la programación modular y la utilización flexible de los datos, y un control eficiente y ordenado de la asignación del almacenamiento; el sistema operativo tiene cinco responsabilidades principales en la gestión del almacenamiento:

a) Aislamiento del proceso: Que cada proceso no interfiera en los datos y la memoria de otro

b) Asignación y gestión automáticas: Designar memoria dinámica en la jerarquía de memoria, según se vaya necesitando.

c) Soporte para la programación modular: definir módulos de programa, y crear, destruir y alterar el tamaño de los módulos dinámicamente.

d) Protección y control de acceso: Compartir memoria y permitir que las secciones de memoria estén accesibles de diferentes maneras para los diversos usuarios.

e) Almacenamiento a largo plazo: Medios para el almacenamiento de la información durante largos periodos de tiempo.

1.8 Servidor de ficheros

Con el fin de contar con un lugar para guardar los archivos, se tiene el directorio como mecanismo para agrupar los archivos. Éste se presenta en forma jerárquica. Cada archivo dentro de la jerarquía de directorios se puede especificar dando su nombre de ruta a partir del tope de la jerarquía de directorios, el directorio raíz. Semejantes nombres de ruta absolutos consisten en la lista de directorios por los que se debe pasar partiendo del directorio raíz para llegar al archivo, separando los componentes con diagonales. Ejemplo:

Figura 5 . Sistema de archivo.

1.9 Comunicación entre procesos

Los procesos con frecuencia necesitan comunicarse con otros; por lo que es necesario que ésta en forma estructurada que no tenga interrupciones.

En algunos sistemas operativos, los procesos que están colaborando podrían compartir cierto almacenamiento común en el que ambos pueden leer y escribir. El almacenamiento compartido puede estar en la memoria principal

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