5. SISTEMAS OPERATIVOS

5.1 ¿Qué es un sistema operativo?

Un sistema operativo es un conjunto de programas destinado a administrar los recursos de un ordenador. Su misión es servir de puente entre los circuitos del ordenador (hardware), sus programas (software) y el usuario.

El sistema operativo tiene dos objetivos principales:

• Comodidad: Debe ser cómodo y accesible para los usuarios.

• Eficiencia: Gestionar los recursos tanto de hardware como de software de forma eficaz y adecuada.

5.2 Funciones de los sistemas operativos

1. Interfaz de usuario
   Es la forma en la que un usuario se comunica con el ordenador. Recibe las órdenes del exterior y muestra la información a través de la pantalla. Existen tres tipos básicos de interfaces de usuario:

   • Intérprete de comandos

   • Sistema de menús

   • Entornos gráficos

2. Administración de recursos de hardware
   Todas las piezas conectadas a un ordenador son gestionadas por el sistema operativo.

3. Administración de archivos
   Controla el acceso, creación y borrado de archivos y programas.

4. Administración de tareas
   Hace posible que varios programas puedan estar funcionando al mismo tiempo.

Afiancemos conceptos antes de seguir...

5.3 Software

Se llama software al conjunto de programas, instrucciones y reglas informáticas para ejecutar ciertas tareas en un ordenador. Se suele decir que es la parte lógica de un sistema informático.

5.3.1 Tipos de Software

Podemos encontrar distintos tipos de software:

Software de Sistema

Se trata del software que nos permite tener una interacción con el hardware del ordenador, es decir, hablamos del programa que controla la CPU, también llamado sistema operativo. Dicho sistema esta formado por un conjunto de programas que administran los recursos hardware del ordenador y proporciona una interfaz de usuario amigable. Se trata del software esencial de un ordenador, sin él, no podría funcionar. Como ejemplo tenemos a Windows, Linux, Mac OS X. A su vez, lo podemos clasificar en:

• Sistemas operativos: Windows, Linux, Mac OS,etc..

• Controladores de dispositivos: Drivers, firmware,etc.

• Utilidades de sistema: Herramientas de diagnóstico, corrección y optimización.

Software de Programación

Se trata del conjunto de aplicaciones que permiten a un programador desarrollar sus propios programas informáticos haciendo uso de sus conocimientos lógicos y lenguajes de programación. Algunos ejemplos serían:

• Editores de programas.

• Intérpretes de comandos.

• Enlazadores.

• Depuradores.

• Entornos de desarrollo integrados (IDE).

Software de Aplicación

Se trata del conjunto programas que nos permiten realizar tareas especificas en nuestro sistema. A diferencia del software de sistema, el software de aplicación esta enfocado a un área específica para su utilización. La mayoría de los programas que utilizamos diariamente pertenecen a este tipo de software ya que nos permiten realizar diversos tipos de tareas en nuestro sistema. Las aplicaciones son parte del software de un ordenador y se ejecutan sobre un sistema operativo. 

5.3.2 Software Libre

Una licencia de software es un contrato entre el licenciante ( autor/titular de los derechos de explotación/distribuidor ) y el licenciatario del programa informático ( usuario o empresa ), para utilizar el software cumpliendo una serie de términos y condiciones establecidas dentro de sus cláusulas.

Cuando compramos o bajamos de internet un programa, al instalarlo solemos aceptar sin leer ( mala costumbre ) un contrato que especifica el tipo de Licencia de uso del software  (en inglés EULA o End User License Agreement); licencia por la cual el uso de un producto sólo está permitido para un único usuario ( el comprador ). Se trata de un acuerdo unilateral puesto que el usuario no tiene más opción que aceptar o rechazar el contenido del mismo. 

Volvemos a los sistemas operativos...

5.4 Esquema SO

Se define un sistema operativo (SO) como el software de sistema que permite al ordenador el arranque, la gestión de los recursos y la comunicación usuario-dispositivos físicos (hardware). 

El SO se inicia al encender el ordenador y se encarga de gestionar los recursos del sistema (hardware y software) permitiendo además la comunicación del usuario con la máquina.

5.5. Funciones Básicas

Entre sus funciones básicas podemos destacar:

• Gestionar los recursos hardware.

• Servir de interfaz entre el usuario y el ordenador.

• Gestionar la información en forma de archivos que contienen los datos.

• Gestionar las tareas en ejecución.

• Proporcionar seguridad en la gestión de recursos, información y usuarios.

• Ser capaces de actualizarse, diagnosticar y resolver problemas, reconocer y habilitar periféricos y permitir a los distintos programas su ejecución.

5.6 Tipos de Sistemas Operativos.

Los sistemas operativos pueden clasificarse atendiendo a diversos criterios, por ejemplo:

• Sistemas Monousuario: Se trata de aquellos SO en los que sólo un usuario puede trabajar con el ordenador en un momento dado ( a este grupo pertenecen las primeras versiones de muchos sistemas ).

• Sistemas Multiusuario: Se trata de aquellos SO que permiten la ejecución u órdenes de varios usuarios a la vez. Actualmente casi todos los sistemas son de este tipo.

• Sistemas MonoTarea: Estos SO no pueden ejecutar más de un programa a la vez.

• Sistemas Multitarea: Estos SO si permiten la ejecución de varios programas. Actualmente casi todos los sistemas son de este tipo.

• Sistema Monopuesto: Se trata de un sistema para ordenadores personales.

• Sistema de Red: Se trata de un sistema fabricado para un entorno empresarial, normalmente se instala en un servidor de red. 

Al igual que ocurre con los programas (no olvidemos que un SO está formado por un conjunto de programas) debemos diferencias entre sistemas operativos de software libre o libre distribución (gratuitos) y sistemas propietarios (cuya licencia se debe pagar, incluida o no en el precio del equipo).  El sistema operativo libre más extendido es Linux y el sistema operativo propietario más extendido es Windows. 

5.7 Evolución de los sistemas operativos 

Primera generación (1950-1960): No existían sistemas operativos.

Segunda generación (1960-1970): Sistemas batch que procesaban trabajos en lotes.

Tercera generación (1970-1980): Aparición de los sistemas multitarea.

Cuarta generación (1980-presente): Sistemas gráficos populares como Windows y macOS.

Actualidad: Sistemas distribuidos, virtualización y móviles.

5.8 Sistemas Operativos: Sistemas de Archivos

Se denomina sistema de archivos (filesystem en inglés) al modo de organizar y estructurar los datos y programas en un dispositivo de almacenamiento, normalmente disco duro. 

El sistema de archivos será leído por un gestor de archivos para representar la información de manera textual o gráficamente. 

5.8.1 Sistemas de Archivos: Unidades de Disco

Cada sistema operativo utiliza un sistema distinto:

• Windows. Utiliza las letras; C, D, E, etc...

• GNU/Linux: Monta las unidades de archivos en el directorio /dev. Se denominan hd o sd + una letra, por ejemplo; hda1, hdc, hdd, etc...

Es importante conocer tambien la diferencia entre Directorio y Subdirectorio:

• Directorio: Un directorio o carpeta es un contenedor virtual en el que se almacena una agrupación de archivos informáticos y otros subdirectorios. 

• Subdirectorio: Cuando un directorio se encuentra dentro de otro directorio, entonces a esa carpeta o directorio, se le llama subdirectorio. 

Por otro lado, todo directorio y/o archivo tiene un nombre asignado. Además, en el caso de los archivos tambien aparece el termino extensión. La extensión nos sirve para reconocer el tipo de archivo en cuestión. Esta extensión normalmente es asignada por los programas. Por lo tanto el nombre de un archivo estará compuesto siempre por dos partes separadas por un punto:

NOMBRE_ARCHIVO.EXTENSION (Ejemplo: CuadernoClase.docx )

5.9 Intérprete de comandos

El intérprete de comandos es una aplicación que se utiliza para comunicar al usuario con el sistema operativo mediante la escritura de órdenes que son conocidas por el sistema para la realización de determinadas tareas. El usuario escribe la orden y el sistema la interpreta y ejecuta devolviendo el correspondiente resultado.

El intérprete de comandos también recibe el nombre de símbolo de sistemas, cmd, consola de comandos, o Shell del sistema operativo.

Estas son las órdenes que vamos a utilizar nosotros más adelante: 

 Mostrar el directorio actual:

• • pwd: Muestra la ubicación actual en el sistema de archivos.

Listar archivos y directorios:

• • ls

Opciones útiles:

• • • ls -l (muestra detalles como permisos y tamaños).

    • ls -a (incluye archivos ocultos).

Cambiar de directorio:

• cd nombre_del_directorio

Ejemplos:

•     cd /home (ir al directorio /home).

•     cd .. (subir un nivel).

Crear un directorio:

• mkdir nombre_del_directorio

Crear un archivo vacío:

• touch nombre_del_archivo

Copiar archivos:

• cp origen destino

Ejemplo:

• • •     cp archivo.txt copia.txt

Mover o renombrar archivos:

• mv origen destino

Eliminar archivos o directorios:

    Eliminar archivo:

• • • rm nombre_del_archivo

Eliminar directorio:

• • • rm -r nombre_del_directorio

5.10 Estados de los procesos

En un sistema operativo, un proceso pasa por distintos estados durante su ciclo de vida. Estos estados representan las fases en las que se encuentra según las tareas que está realizando y los recursos disponibles. Los estados principales son:

5.10.1. Nuevo

• Es el estado inicial del proceso cuando se crea pero aún no ha comenzado su ejecución.

• El sistema operativo está configurando los recursos necesarios para el proceso (como memoria, identificadores de proceso, etc.).

5.10.2. Listo

• El proceso está cargado en la memoria principal y listo para ejecutarse, pero está esperando a que el procesador lo asigne.

• Está en una cola de procesos listos junto con otros procesos que también esperan su turno.

5.10.3. En ejecución

• Es el estado en el que el proceso está siendo ejecutado por el procesador.

• Puede cambiar de este estado a Listo si el procesador debe atender a otro proceso o a Espera si necesita realizar operaciones de entrada/salida.

5.10.4. Espera

• El proceso está esperando que se complete un evento externo, como la finalización de una operación de entrada/salida o la recepción de un recurso.

• No puede continuar ejecutándose hasta que dicho evento ocurra, pero permanece en la memoria principal.

5.10.5. Terminado

• El proceso ha completado su ejecución o ha sido finalizado por el sistema operativo o el usuario.

• Los recursos asignados al proceso son liberados, y su información se elimina del sistema.

5.10.6 Transiciones entre estados

Un proceso puede moverse entre estos estados dependiendo de la situación:

• Nuevo → Listo: Cuando el sistema operativo termina de preparar los recursos del proceso.

• Listo → En ejecución: Cuando el procesador selecciona el proceso para ejecutarlo (planificación del procesador).

• En ejecución → Listo: Si el sistema operativo decide cambiar a otro proceso (por ejemplo, por el algoritmo de planificación).

• En ejecución → Espera: Cuando el proceso requiere esperar por un recurso o completar una operación de entrada/salida.

• Espera → Listo: Una vez que el evento esperado ocurre, el proceso vuelve a estar listo para ser ejecutado.

• En ejecución → Terminado: Cuando el proceso finaliza su tarea.

Este ciclo de estados es clave para la planificación de procesos y el rendimiento del sistema operativo.

5.11. Planificación de procesos

La planificación de procesos es una función del sistema operativo que administra y asigna el uso del procesador entre los procesos en ejecución. Su objetivo principal es optimizar el rendimiento del sistema, asegurando que todos los procesos se ejecuten de manera eficiente y equitativa. Esto incluye decidir qué proceso se ejecuta, durante cuánto tiempo y en qué momento, utilizando algoritmos como:

5.11.1 Primero llegado, primero servido (FCFS)

El esquema más simple de planificación es el Primero llegado, primero servido (First come, first serve, FCFS). Este es un mecanismo cooperativo, con la mínima lógica posible: Cada proceso se ejecuta en el órden en que fue llegando, y hasta que suelta el control. El despachador es muy simple, básicamente una cola FIFO.

5.11.2 Ronda (Round Robin)

El esquema ronda busca dar una relación de respuesta buena tanto para procesos largos como para los cortos. La principal diferencia entre la ronda y FCFS es que en este caso sí emplearemos multitarea.

A cada proceso que esté en la lista de procesos listos lo atenderemos por el tiempo que nos indique el quantum (tiempo de ejecución que le pongamos). Si un proceso no ha terminado de ejecutar al final de su quantum, será interrumpido y puesto al final de la lista de procesos listos, para que espere a su turno nuevamente.