Introducción a los sistemas operativos: funciones y estructura interna

Introducción a los Sistemas Operativos

UT1.

SISTEMAS OPERATIVOS 2010 0101010101 1010 0105 01010 01019 0101 10101 Q101010 010 H 10 10 01010100 0101010 0101010 Andro id 01010101010 1010 E E SOMP UM SW 10 Mac OS o sa 1. OS/PCP XI NA O OIMPLEMENTACIÓN DE SISTEMAS OPERATIVO 1º CFGS-ASIR 24/25

Índice de Contenidos

1. El Sistema Operativo. 4
2. Funciones del Sistema Operativo. 6
3. Estructura de un Sistema Operativo. 8
4. Servicios del Sistema Operativo .. 9
5. Clasificación de los Sistemas Operativos. 10
6. Por su estructura interna 10
7. Por los modos de explotación o el tipo de respuesta. 12
8. Por los servicios ofrecidos. 12
9. Por la forma de ofrecer los servicios. 14
10. Componentes del Sistema Operativo. 15
11. El núcleo o kernel. 16
12. Controlador de dispositivos. 17
13. Gestión de Programas y Procesos. 17
14. Planificación de CPU. 20
15. Algoritmos de planificación. 21
16. Sincronización de Procesos. 22
17. El control de bloqueo de procesos. 23
18. Memoria.
19. Técnicas de administración de la memoria 29
20. Memoria Virtual 29
21. Swapping. 30
22. Paginación. 31
23. Segmentación 31
24. Gestión y Clasificación de periféricos 31
25. Gestión de ficheros o archivos. 33
26. Aplicaciones Informáticas. 35
27. Licencias y tipos de Licencias. 40
28. Gestores de Arranque. 43
29. Arranque del ordenador en equipos basado en UEFI. 45
30. Consideraciones para la instalación de SO 46
31. Bibliografía. 47
32. Anexo 1: Las Máquinas Virtuales. 48
33. Anexo 2: Código Binario 51

Definición de Informática y Sistemas

26IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMAS OPERATIVO 1º CFGS-ASIR 24/25 La informática se define según la Real Academia Española (RAE) como el "Conjunto de conocimientos científicos y técnicas que hacen posible el tratamiento automático de la información por medio de computadoras". La palabra computadora, ya se refiera a computador electrónico, computador personal, computador portátil, ... hace referencia a lo que comúnmente llamamos 'ordenador' o también PC (del acrónimo inglés 'Personal Computer'). Según la RAE la computadora electrónica se define como “Máquina electrónica que, mediante determinados programas, permite almacenar y tratar información, y resolver problemas de diversa índole". No obstante, un término más acertado para introducirnos en el concepto más general de un ordenador sería el de 'máquina informática' que podríamos definir como "máquina electrónica dotada de una memoria, capaz de resolver problemas aritméticos y lógicos gracias a la utilización automática de programas registrados en ella".

Sin lugar a duda coincidirás en que el avance de la sociedad actual de una manera u otra está estrechamente vinculada con la informática. La informática está presente no sólo en el mundo de índole científica, sino en el empresarial, educacional, ... y personal. Con todo ello, la aparición de distintos sistemas informáticos podríamos decir que ha surgido como un proceso casi natural acompasado con el avance social.

Un Sistema Informático puede definirse como un conjunto de elementos interconectados o relacionados para el tratamiento de información. El más básico sería un sólo ordenador, junto con la persona que lo utiliza y los periféricos1 que lo acompañan. Otros sistemas informáticos más complejos son las redes (varios ordenadores conectados entre sí). Sin la intervención humana el sistema informático no podría operar ya que necesita de personas que lo manejen, diseñen, implanten y exploten.

Todo sistema informático está compuesto por tres elementos básicos:

• Un componente físico o hardware: placas, procesadores, memoria, discos de almacenamiento, conectores, etc.

1 Periférico: Aparato auxiliar e independiente conectado a la unidad central de una computadora u otro dispositivo electrónico. Por ejemplo: monitor, teclado, ratón, impresora, etc.IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMAS OPERATIVO 1º CFGS-ASIR 24/25

• Un componente lógico o software para la comunicación con la parte hardware a través de un lenguaje lógico. Distinguimos dos tipos de software:
  • Software de base: conjunto de programas necesarios para que el hardware funcione, por ejemplo: visualización del monitor, escritura con el teclado, etc. Generalmente al software base se le denomina como sistema operativo.
  • Software de aplicación: todo aplicativo o programa informático para un determinado fin que es utilizado por un usuario.
• Un componente humano o humanware: formado por las personas que participan en la dirección, diseño, desarrollo, implantación y explotación de un sistema informático.

Estructuralmente un sistema informático se puede dividir en partes (concretamente en sus componentes anteriormente citadas). Sin embargo, un sistema informático es funcionalmente indivisible, es decir, un sistema informático sin alguno de sus componentes, no funcionaría. En el apartado 9 Aplicaciones Informáticas de estos apuntes se ampliará el concepto de software o componente lógico.

El Sistema Operativo

Un Sistema Operativo (en adelante SO) o software base es un programa o conjunto de programas que actúa como intermediario entre el usuario y el hardware del ordenador. Su función es gestionar los recursos del sistema optimizando su uso. Es decir, interactúa y controla el hardware, a la vez, que da soporte a otros programas como los que forman el llamado software de aplicación.

Cuando se arranca o enciende un ordenador se carga parte del SO en la memoria y se ejecuta. El SO "despierta" al ordenador y hace que reconozca a la Unidad Central de Proceso (CPU de sus siglas en inglés 'Central Processing Unit'), la memoria, las unidades de disco y cualquier otro dispositivo conectado a ella como el teclado, el ratón, etc., verificando que no existen errores de conexión y que todos los dispositivos se han reconocido y trabajan correctamente. A este primer diagnóstico se le denomina POST (Véase 11 Gestores de Arranque).IMPLEMENTACION DE SISTEMAS OPERATIVO 1º CFGS-ASIR 24/25

Además, los SO se pueden encontrar en la mayoría de los aparatos electrónicos que utilicen 'procesadores' o 'microprocesadores2'. El mismo equipo hardware trabajará de una forma u otra dependiendo del tipo de SO que se instale en él.

Interacción con el Sistema Operativo

La interacción con el SO puede ser de dos maneras distintas:

• Por medio de un entorno gráfico es decir siempre que se utilice una interfaz que utilice ventanas, iconos y/o menús, además del ratón.
• En modo comando, a través de una consola o terminal, es decir, el usuario interactúa con el SO a través de una línea de comandos, también denominado intérprete de órdenes.

Ejemplos de Sistemas Operativos

A continuación se muestran algunos ejemplos de SSOO según sean para ordenadores, dispositivos móviles (tablets y smartphones), televisores inteligentes y relojes inteligentes entre otros. Algunos pueden ser utilizados en diversos dispositivos teniendo cada uno de ellos sus propias particularidades, pero todos ellos compartiendo el mismo objetivo.

Sistemas operativos para ordenador:

• Windows
• Ubuntu
• FreeBSD
• Mac OS
• Solaris
• OpenBSD
• Debian
• Chrome OS

Sistemas operativos para dispositivos móviles

• Android
• BlackBerry OS
• Tizen
• iOS
• Windows 10 Mobile

Sistemas operativos para Smart TV

• WebOS en LG
• My Home Screen en Panasonic
• Tizen en Samsung
• Harmony OS de
• Android TV en Sony Huawei
• Amazon Fire TV para los Amazon Fire TV Stick

Sistemas operativos para smartwatches:

• Android
• WatchOS
• Android Wear
• Unix

IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMAS 2 - Microprocesador: circuito integrado perteneciente a la CPU. 1º CFGS-ASIR 24/25

IMPLEMENTACION DE SISTEMAS OPERATIVO 1º CFGS-ASIR 24/25

• WearOS
• OpenWatch

Funciones del Sistema Operativo

Los sistemas operativos, en su condición de software están formados por un conjunto de rutinas o módulos que posibilitan y simplifican el manejo del ordenador, desempeñan una serie de funciones básicas esenciales para la gestión del mismo. El SO en su diseño tiene que brindar las siguientes funciones o servicios:

• Gestión de permisos y de usuarios: Adjudica los permisos de acceso a los usuarios y evita que las acciones de uno afecten el trabajo que está realizando otro.
• Administración de recursos: sirven para administrar los recursos de hardware y de redes de un sistema informático, como la CPU, memoria, dispositivos de almacenamiento secundario y periféricos de entrada y de salida. Dos de las funciones más importantes que realiza en este apartado son:
  • Administración de periféricos (coordinando y manejando los distintos dispositivos conectados a la máquina)
  • Administración de memoria (asignando y gestionando la memoria del sistema a los distintos procesos)
• Administración de tareas o control de la ejecución de programas: Acepta los trabajos, administra cómo se realizan y les asigna recursos. Los programas de administración de tareas de un sistema operativo administran la realización de las tareas informáticas de los usuarios finales. Las funciones de administración de tareas pueden distribuir una parte específica del tiempo del CPU para una tarea en particular, e interrumpir al CPU en cualquier momento para sustituirla con una tarea de mayor prioridad, es decir, gestiona el llamado control de concurrencia estableciendo prioridades entre los distintos procesos que desean utilizar un mismo recurso
• Administración de archivos: Un sistema de información contiene programas de administración de archivos que controlan la creación, borrado y acceso de archivosIMPLEMENTACIÓN DE SISTEMAS OPERATIVO 1º CFGS-ASIR 24/25 de datos y de programas. También implica mantener el registro de la ubicación física de los archivos en los dispositivos de almacenamiento.
• Servicios de soporte o actualización del sistema: Los servicios de soporte de cada sistema operativo dependerán de la implementación particular de éste con la que estemos trabajando. Entre las más conocidas se pueden destacar las implementaciones de Unix, desarrolladas por diferentes empresas de software, los sistemas operativos de Microsoft, y las implementaciones de software libre, como GNU/Linux, etc. Estos servicios de soporte suelen consistir en:
  • Actualización de versiones.
  • Mejoras de seguridad.
  • Inclusión de alguna nueva funcionalidad.
  • Controladores para manejar nuevos periféricos.
  • Corrección de errores de software.
• Control de seguridad. Proporciona seguridad para la información almacenada y los usuarios del sistema realizando una gestión de permisos y de usuarios para evitar conflictos entre los distintos trabajos.

No todas las utilidades de administración o servicios forman parte del sistema operativo, además de éste, hay otros tipos importantes de software de administración de sistemas, como los sistemas de administración de base de datos o los programas de administración de redes. El soporte de estos productos deberá proporcionarlo el fabricante correspondiente (que no tiene porque ser el mismo que el del sistema operativo).

Estructura de un Sistema Operativo

Atendiendo a las funciones de un SO descrito en el apartado anterior podemos analizar la estructura de un SO en cinco niveles. Cada uno de los niveles se comunica con el inmediatamente inferior y superior coordinando sus funciones. Véase Figura 1.

Nivel 1: Gestión del Procesador

Nivel 1 .- Gestión del procesador. En este nivel se encuentra el núcleo (o kernel en inglés) que es la parte del sistema operativo encargada de la gestión del