Introducción del sistema operativo – Conjunto 1

Un sistema operativo actúa como intermediario entre el usuario de una computadora y el hardware de la computadora. El propósito de un sistema operativo es proporcionar un entorno en el que un usuario pueda ejecutar programas de manera conveniente y eficiente. 

Un sistema operativo es un software que administra el hardware de una computadora. El hardware debe proporcionar los mecanismos adecuados para garantizar el correcto funcionamiento del sistema informático y evitar que los programas de usuario interfieran en el correcto funcionamiento del sistema. 

Sistema Operativo – Definición: 
 

• Un sistema operativo es un programa que controla la ejecución de programas de aplicación y actúa como una interfaz entre el usuario de una computadora y el hardware de la misma.
• Una definición más común es que el sistema operativo es el único programa que se ejecuta en todo momento en la computadora (generalmente llamado kernel), y todos los demás son programas de aplicación.
• Un sistema operativo se ocupa de la asignación de recursos y servicios, como memoria, procesadores, dispositivos e información. En consecuencia, el sistema operativo incluye programas para gestionar estos recursos, como un controlador de tráfico, un planificador, un módulo de gestión de memoria, programas de E/S y un sistema de archivos.

Funciones del sistema operativo: el sistema operativo realiza cuatro funciones: 
 

1. Conveniencia: un sistema operativo hace que una computadora sea más conveniente de usar.
2. Eficiencia: un sistema operativo permite que los recursos del sistema informático se utilicen de manera eficiente.
3. Capacidad para evolucionar: un sistema operativo debe construirse de tal manera que permita el desarrollo, la prueba y la introducción efectivos de nuevas funciones del sistema al mismo tiempo sin interferir con el servicio.
4. Rendimiento: un sistema operativo debe construirse de modo que pueda ofrecer el máximo rendimiento (número de tareas por unidad de tiempo).

Principales funcionalidades del sistema operativo: 

• Gestión de recursos: cuando el acceso paralelo ocurre en el sistema operativo, significa que cuando varios usuarios acceden al sistema, el sistema operativo funciona como administrador de recursos. Su responsabilidad es proporcionar hardware al usuario. Disminuye la carga en el sistema.
• Gestión de procesos: incluye varias tareas como la programación , la finalización del proceso. OS gestiona varias tareas a la vez. Aquí , la programación de la CPU sucede, lo que significa que todas las tareas serían realizadas por los muchos algoritmos que se utilizan para la programación.
• Gestión de almacenamiento: el mecanismo del sistema de archivos utilizado para la gestión del almacenamiento. NIFS , CFS , CIFS , NFS , etc. son algunos sistemas de archivos. Todos los datos se almacenan en varias pistas de discos duros que son administrados por el administrador de almacenamiento. Incluía Disco Duro .
• Gestión de la memoria: se refiere a la gestión de la memoria principal. El sistema operativo tiene que realizar un seguimiento, cuánta memoria ha sido utilizada y por quién. Tiene que decidir qué proceso necesita espacio de memoria y cuánto. El sistema operativo también tiene que asignar y desasignar el espacio de memoria.
• Gestión de seguridad/privacidad: el sistema operativo también proporciona privacidad por medio de contraseñas para que las aplicaciones no autorizadas no puedan acceder a programas o datos. Por ejemplo, Windows usa la autenticación Kerberos para evitar el acceso no autorizado a los datos.

El proceso del sistema operativo como interfaz de usuario: 

1. Usuario
2. Programas de sistema y aplicación
3. Sistema operativo
4. Hardware

Cada computadora de propósito general consiste en el hardware, el sistema operativo, los programas del sistema y los programas de aplicación. El hardware consta de memoria, CPU, ALU y dispositivos de E/S, dispositivos periféricos y dispositivos de almacenamiento. El programa del sistema consta de compiladores, cargadores, editores, SO, etc. El programa de aplicación consta de programas comerciales, programas de base de datos. 

Fig1: Vista conceptual de un sistema informático 

Cada computadora debe tener un sistema operativo para ejecutar otros programas. El sistema operativo coordina el uso del hardware entre los diversos programas del sistema y los programas de aplicación para varios usuarios. Simplemente proporciona un entorno en el que otros programas pueden realizar un trabajo útil. 

El sistema operativo es un conjunto de programas especiales que se ejecutan en un sistema informático que le permite funcionar correctamente. Realiza tareas básicas como reconocer la entrada del teclado, realizar un seguimiento de los archivos y directorios en el disco, enviar la salida a la pantalla y controlar los dispositivos periféricos. 
El sistema operativo está diseñado para servir a dos propósitos básicos: 
 

1. Controla la asignación y el uso de los recursos del Sistema de cómputo entre los distintos usuarios y tareas.
2. Proporciona una interfaz entre el hardware de la computadora y el programador que simplifica y hace factible la codificación, creación y depuración de programas de aplicación.

El sistema operativo debe soportar las siguientes tareas. Las tareas son:  
 

1. Proporciona las facilidades para crear, modificar programas y archivos de datos utilizando un editor.
2. Acceso al compilador para traducir el programa de usuario de lenguaje de alto nivel a lenguaje máquina.
3. Proporcione un programa de carga para mover el código del programa compilado a la memoria de la computadora para su ejecución.
4. Proporcione rutinas que manejen los detalles de la programación de E/S.

Gestión del sistema de E/S: 
el módulo que realiza un seguimiento del estado de los dispositivos se denomina controlador de tráfico de E/S. Cada dispositivo de E/S tiene un controlador de dispositivo que reside en un proceso separado asociado con ese dispositivo. 
El subsistema de E/S consta de 
 

• Un componente de administración de memoria que incluye almacenamiento en caché y almacenamiento en cola.
• Una interfaz de controlador de dispositivo general.

Controladores para dispositivos de hardware específicos. 

Ensamblador: 
la entrada a un ensamblador es un programa en lenguaje ensamblador. La salida es un programa objeto más información que permite al cargador preparar el programa objeto para su ejecución. En una época, el programador de computadoras tenía a su disposición una máquina básica que interpretaba, a través del hardware, ciertas instrucciones fundamentales. Programaría esta computadora escribiendo una serie de unos y ceros (lenguaje de máquina), colocándolos en la memoria de la máquina. 

Compilador: 
los lenguajes de alto nivel, por ejemplo, FORTRAN, COBOL, ALGOL y PL/I, son procesados ​​por compiladores e intérpretes. Un compilador es un programa que acepta un programa fuente en un «lenguaje de alto nivel» y produce un programa objeto correspondiente. Un intérprete es un programa que parece ejecutar un programa fuente como si fuera lenguaje de máquina. El mismo nombre (FORTRAN, COBOL, etc.) se usa a menudo para designar tanto a un compilador como a su lenguaje asociado. 

Loader: 
un Loader es una rutina que carga un programa objeto y lo prepara para su ejecución. Hay varios esquemas de carga: absoluta, reubicación y enlace directo. En general, el cargador debe cargar, reubicar y vincular el programa objeto. El cargador es un programa que coloca programas en la memoria y los prepara para su ejecución. En un esquema de carga simple, el ensamblador genera la traducción del lenguaje de máquina de un programa en un dispositivo secundario y un cargador lo coloca en el núcleo. El cargador coloca en la memoria la versión en lenguaje máquina del programa del usuario y le transfiere el control. Dado que el programa cargador es mucho más pequeño que el ensamblador, estos hacen que haya más núcleo disponible para el programa del usuario. 

Historia del sistema operativo: 
el sistema operativo ha ido evolucionando a lo largo de los años. La siguiente tabla muestra la historia del sistema operativo. 
 

Generación	Año	Dispositivo electrónico utilizado	Tipos de dispositivo OS
Primero	1945-55	Tubos de vacio	Tableros de conexión
Segundo	1955-65	transistores	Sistemas por lotes
Tercero	1965-80	Circuitos integrados (CI)	Multiprogramación
Cuatro	Desde 1980	Integración a gran escala	ordenador personal

Tipos de Sistema Operativo – 

• Sistema operativo por lotes: secuencia de trabajos en un programa en una computadora sin intervenciones manuales.
• Sistema operativo de tiempo compartido: permite que muchos usuarios compartan los recursos de la computadora. (Máxima utilización de los recursos).
• Sistema operativo distribuido: administra un grupo de diferentes computadoras y hace que parezca una sola computadora.
• Sistema operativo de red: las computadoras que se ejecutan en diferentes sistemas operativos pueden participar en una red común (se usa con fines de seguridad).
• Sistema operativo en tiempo real: significaba aplicaciones para fijar los plazos.

Ejemplos de sistema operativo son: 

• Windows (basado en GUI, PC)
• GNU/Linux (personal, estaciones de trabajo, ISP, servidor de archivos e impresión, cliente/servidor de tres niveles)
• macOS (Macintosh), utilizado para las computadoras personales y estaciones de trabajo de Apple (MacBook, iMac).
• Android (sistema operativo de Google para teléfonos inteligentes/tabletas/relojes inteligentes)
• iOS (sistema operativo de Apple para iPhone, iPad y iPod Touch)

Referencias –  
Conceptos del sistema operativo – Libro  
Introducción al sistema operativo – NPTEL