¿Qué es un sistema operativo?

Un sistema operativo (SO) administra todas las demás aplicaciones y programas en una computadora, y se carga en la computadora mediante un programa de arranque. Permite que las aplicaciones interactúen con el hardware de una computadora. A través de una interfaz de programa de aplicación designada, los programas de aplicación solicitan servicios del sistema operativo (API). El kernel es el software que contiene los componentes principales del sistema operativo. Para ejecutar otros programas, cada computadora debe tener al menos un sistema operativo instalado.

Windows, Linuxy Android son ejemplos de sistemas operativos que permiten al usuario utilizar programas como MS Office, Notepad y juegos en la computadora o el teléfono móvil. Es necesario tener al menos un sistema operativo instalado en la computadora para ejecutar programas básicos como los navegadores.

Historia de los Sistemas Operativos

• La primera computadora, Z1, se fabricó entre 1936 y 1938. Desafortunadamente, esta computadora funcionaba sin sistema operativo.
• Veinte años después, se creó el primer sistema operativo en 1956.
• En la década de 1960, Bell Labs comenzó a trabajar en la construcción de UNIX, el primer sistema operativo multitarea.
• En 1977 nació la serie Apple. Apple Dos 3.3 fue el primer sistema operativo de disco.
• En 1981, Microsoft construyó el primer sistema operativo llamado DOS al comprar el software 86-DOS de una compañía de Seattle.
• Las ventanas de Microsoft más famosas surgieron en 1985 cuando MS-DOS se combinó con GUI, un entorno de gráficos. 

Funciones del sistema operativo

• Gestión del procesador: Un sistema operativo administra el trabajo del procesador asignándole varios trabajos y asegurándose de que cada proceso reciba suficiente tiempo del procesador para funcionar correctamente.
• Gestión de la memoria: Un sistema operativo administra la asignación y desasignación de la memoria a varios procesos y garantiza que el otro proceso no consuma la memoria asignada a un proceso.
• Gestión de dispositivos: Hay varios dispositivos de entrada y salida. Un sistema operativo controla el funcionamiento de estos dispositivos de entrada y salida. Recibe las solicitudes de estos dispositivos, realiza una tarea específica y se comunica con el proceso de solicitud.
• Gestión de archivos: Un sistema operativo realiza un seguimiento de la información sobre la creación, eliminación, transferencia, copia y almacenamiento de archivos de forma organizada. También mantiene la integridad del datos almacenados en estos archivos, incluida la estructura del directorio de archivos, mediante la protección contra el acceso no autorizado.
• Seguridad: El sistema operativo proporciona varias técnicas que aseguran la integridad y confidencialidad de los datos del usuario. Las siguientes medidas de seguridad se utilizan para proteger los datos del usuario:
  • Protección contra el acceso no autorizado a través de inicio de sesión.
  • Protección contra intrusiones manteniendo activo Firefall.
  • Proteger la memoria del sistema contra el acceso malicioso.
  • Visualización de mensajes relacionados con vulnerabilidades del sistema.
• Detección de errores: De vez en cuando, el sistema operativo verifica el sistema en busca de amenazas externas o actividad de software malicioso. También comprueba el hardware en busca de cualquier tipo de daño. Este proceso muestra varias alertas al usuario para que pueda tomar la acción adecuada ante cualquier daño causado al sistema. 
• Programación de trabajos: En un sistema operativo multitarea donde varios programas se ejecutan simultáneamente, el sistema operativo determina qué aplicaciones deben ejecutarse, en qué orden y cuánto tiempo debe asignarse a cada aplicación. 

Características de los sistemas operativos

Aquí hay una lista de algunas características importantes de los sistemas operativos:

1. Proporciona una plataforma para ejecutar aplicaciones.
2. Maneja la gestión de la memoria y la programación de la CPU
3. Proporciona abstracción del sistema de archivos.
4. Proporciona soporte de red
5. Proporciona funciones de seguridad.
6. Proporciona interfaz de usuario
7. Proporciona utilidades y servicios del sistema.
8. Admite el desarrollo de aplicaciones

Componentes del sistema operativo

Ahora bien, para realizar las funciones mencionadas anteriormente, el sistema operativo tiene dos componentes:

• Cáscara
• Núcleo

Shell maneja las interacciones del usuario. Es la capa más externa del sistema operativo y gestiona la interacción entre el usuario y el sistema operativo mediante:

• Pedirle al usuario que dé su entrada
• Interpretación de la entrada para el sistema operativo
• Manejo de la salida del sistema operativo.

Shell proporciona una forma de comunicarse con el sistema operativo, ya sea tomando la entrada del usuario o el script de Shell. Un script de shell es una secuencia de comandos del sistema que se almacenan en un archivo.

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¿Qué es el núcleo?

El núcleo es el componente central de un sistema operativo para una computadora (SO). Todos los demás componentes del sistema operativo dependen del núcleo para proporcionarles los servicios esenciales. Sirve como interfaz principal entre el sistema operativo y el hardware y ayuda en el control de dispositivos, redes, sistemas de archivos y gestión de procesos y memoria.

funciones del kernel

El kernel es el componente central de un sistema operativo que actúa como una interfaz entre las aplicaciones y los datos se procesan a nivel de hardware.

Cuando se carga un sistema operativo en la memoria, el núcleo se carga primero y permanece en la memoria hasta que se apaga el sistema operativo. Después de eso, el núcleo proporciona y administra los recursos de la computadora y permite que otros programas se ejecuten y usen estos recursos. El núcleo también configura el espacio de direcciones de la memoria para las aplicaciones, carga los archivos con el código de la aplicación en la memoria y configura la pila de ejecución para los programas.

El núcleo es responsable de realizar las siguientes tareas:

• Gestión de entradas y salidas 
• Gestión de la memoria 
• Gestión de procesos para la ejecución de aplicaciones. 
• Gestión de dispositivos 
• Control de llamadas al sistema 

Anteriormente, todos los servicios básicos del sistema, como la gestión de procesos y memoria, el manejo de interrupciones, etc., estaban empaquetados en un solo módulo en el espacio del kernel. Este tipo de núcleo se llamó el núcleo monolítico. El problema con este enfoque era que todo el kernel tenía que volver a compilarse incluso para un pequeño cambio.

En un enfoque moderno de la arquitectura monolítica, un microkernel contiene diferentes módulos como administración de dispositivos, administración de archivos, etc. Se carga y descarga dinámicamente. Con este enfoque moderno, el tamaño del código del kernel se redujo mientras aumentaba su estabilidad. 

Tipos de núcleo

Linus Torvalds introdujo el concepto de kernel monolítico en 1991 como parte del kernel de Linux. Un núcleo monolítico es un único programa grande que contiene todos los componentes del sistema operativo. Sin embargo, el kernel de Linux evolucionó a lo largo de los años y ahora consta de diferentes tipos de kernels, como se indica a continuación.

1. Kernel monolítico Como sugiere el nombre, un kernel monolítico es un único programa grande que contiene todos los componentes del sistema operativo. Todo el núcleo se ejecuta en el modo privilegiado del procesador y brinda acceso total al hardware del sistema. Los núcleos monolíticos son más rápidos que los micronúcleos porque no tienen la sobrecarga del paso de mensajes. Este tipo de kernel generalmente se usa en sistemas integrados y sistemas operativos en tiempo real.

2. Microkernel Un microkernel es un kernel que contiene solo los componentes esenciales necesarios para el funcionamiento básico del sistema operativo. Todos los demás componentes se eliminan del kernel y se implementan como procesos de espacio de usuario. El enfoque de microkernel proporciona mejor modularidad, flexibilidad y extensibilidad. También es más estable y seguro que los núcleos monolíticos.

3. Núcleo híbrido Un núcleo híbrido es un núcleo que combina las mejores características de los núcleos monolíticos y los micronúcleos. Contiene un pequeño microkernel que proporciona los componentes esenciales para el funcionamiento básico del sistema operativo. Los componentes restantes se implementan como procesos de espacio de usuario o como módulos de kernel cargables. Este enfoque ofrece lo mejor de ambos mundos, a saber, el rendimiento de los núcleos monolíticos y la modularidad de los micronúcleos.

4. Exokernel Un exokernel es un núcleo que proporciona los componentes mínimos necesarios para el funcionamiento básico del sistema operativo. Todos los demás componentes se eliminan del kernel y se implementan como procesos de espacio de usuario. El enfoque de exokernel proporciona el mejor rendimiento posible porque no hay sobrecarga del kernel. Sin embargo, también es el más difícil de implementar y no se usa mucho.

Ahora veamos los diferentes tipos de sistemas operativos.

Tipos de sistema operativo

Hay varios tipos diferentes de sistemas operativos presentes. En esta sección, discutiremos las ventajas y desventajas de estos tipos de sistemas operativos.

• Sistema operativo por lotes
• SO distribuido
• Sistema operativo multitarea
• SO de red
• SO real
• Mobile OS

Sistema operativo por lotes

Batch OS es el primer sistema operativo para computadoras de segunda generación. Este sistema operativo no interactúa directamente con la computadora. En cambio, un operador toma trabajos similares y los agrupa en un lote, y luego estos lotes se ejecutan uno por uno según el principio de primero en llegar, primero en servir.

Ventajas del sistema operativo por lotes

• El tiempo de ejecución de trabajos similares es mayor.
• Varios usuarios pueden compartir sistemas por lotes.
• La gestión de grandes obras se vuelve fácil en los sistemas por lotes.
• El tiempo de inactividad para un solo lote es muy inferior.

Desventajas del sistema operativo

• Es difícil depurar sistemas por lotes.
• Si un trabajo falla, los otros trabajos deben esperar un tiempo desconocido hasta que se resuelva el problema.
• Los sistemas por lotes a veces son costosos.

Ejemplos de sistema operativo por lotes: sistema de nómina, extractos bancarios, entrada de datos, etc.

SO distribuido

Un sistema operativo distribuido es un avance reciente en el campo de la tecnología informática y se utiliza en todo el mundo con gran rapidez. En un sistema operativo distribuido, varias computadoras están conectadas a través de un solo canal de comunicación. Estas computadoras independientes tienen su unidad de memoria y CPU y se conocen como sistemas débilmente acoplados. Los procesos del sistema pueden ser de diferentes tamaños y pueden realizar diferentes funciones. El principal beneficio de este tipo de sistema operativo es que un usuario puede acceder a archivos que no están presentes en su sistema sino en otro sistema conectado. Además, el acceso remoto está disponible para los sistemas conectados a esta red.

Ventajas del sistema operativo distribuido

• La falla de un sistema no afectará a los otros sistemas porque todas las computadoras son independientes entre sí.
• Se reduce la carga en el sistema host.
• El tamaño de la red es fácilmente escalable ya que se pueden agregar muchas computadoras a la red.
• Como la carga de trabajo y los recursos se comparten, los cálculos se realizan a mayor velocidad.
• La velocidad de intercambio de datos se incrementa con la ayuda del correo electrónico.

Desventajas del sistema operativo distribuido

• El costo de instalación es alto.
• El software utilizado para estos sistemas es muy complejo.
• La falla de la red principal conducirá a la falla de todo el sistema.

Ejemplos de sistema operativo distribuido: LUGAR, etc

Sistema operativo multitarea

El sistema operativo multitarea también se conoce como el sistema operativo de tiempo compartido, ya que a cada tarea se le da un tiempo para que todas funcionen de manera eficiente. Este sistema brinda acceso a una gran cantidad de usuarios, y cada usuario obtiene el tiempo de CPU que obtiene en un solo sistema. Las tareas realizadas están dadas por un solo usuario o por diferentes usuarios. El tiempo asignado para ejecutar una tarea se denomina cuanto, y tan pronto como se completa el tiempo para ejecutar una tarea, el sistema cambia a otra tarea.

Ventajas del sistema operativo multitarea

• Cada tarea tiene el mismo tiempo para su ejecución.
• El tiempo de inactividad de la CPU será el más bajo.
• Hay muy pocas posibilidades de duplicación del software.

Desventajas del sistema operativo multitarea

• Los procesos con mayor prioridad no se pueden ejecutar primero ya que se da la misma prioridad a cada proceso o tarea.
• Se necesitan varios datos de usuario para evitar accesos no autorizados.
• A veces hay un problema de comunicación de datos.

Ejemplos de SO multitarea: UNIX, etc

SO de red

Los sistemas operativos de red son los sistemas que se ejecutan en un servidor y administran todas las funciones de red. Permiten compartir varios archivos, aplicaciones, impresoras, seguridad y otras funciones de red a través de una pequeña red de computadoras como LAN o cualquier otra red privada. En el sistema operativo de red, todos los usuarios conocen las configuraciones de todos los demás usuarios dentro de la red, razón por la cual los sistemas operativos de red también se conocen como sistemas estrechamente acoplados.

Ventajas del sistema operativo de red

• Las nuevas tecnologías y el hardware pueden actualizar fácilmente los sistemas.
• La seguridad del sistema se gestiona a través de servidores.
• Se puede acceder a los servidores de forma remota desde diferentes ubicaciones y sistemas.
• Los servidores centralizados son estables.

Desventajas del sistema operativo de red

• Los costos del servidor son altos.
• Se requieren actualizaciones y mantenimiento regulares.
• Los usuarios dependen de la ubicación central para el número máximo de operaciones.

Ejemplos de SO de red: Servidor Microsoft Windows 2008, LINUX, etc.

SO en tiempo real

Los sistemas operativos en tiempo real sirven a los sistemas en tiempo real. Estos sistemas operativos son útiles cuando ocurren muchos eventos en poco tiempo o dentro de ciertos plazos, como simulaciones en tiempo real.

Los tipos de SO en tiempo real son:

• Sistema operativo duro en tiempo real

El sistema operativo de tiempo real duro es el sistema operativo principalmente para las aplicaciones en las que el más mínimo retraso también es inaceptable. Las limitaciones de tiempo de tales aplicaciones son muy estrictas. Dichos sistemas están diseñados para equipos de salvamento como paracaídas y bolsas de aire, que deben entrar en acción de inmediato si ocurre un accidente.

• Sistema operativo suave en tiempo real

El sistema operativo suave en tiempo real es el sistema operativo para aplicaciones donde la restricción de tiempo no es muy estricta.

En un sistema suave en tiempo real, se prioriza una tarea importante sobre tareas menos importantes, y esta prioridad permanece activa hasta que finaliza la tarea. Además, siempre se establece un límite de tiempo para un trabajo específico, lo que permite demoras breves para tareas futuras, lo cual es aceptable. Por ejemplo, realidad virtual, sistemas de reservas, etc.  

Ventajas del sistema operativo en tiempo real

• Proporciona más salida de todos los recursos ya que hay una utilización máxima de los sistemas.
• Proporciona la mejor gestión de la asignación de memoria.
• Estos sistemas siempre están libres de errores.
• Estos sistemas operativos se centran más en ejecutar aplicaciones que en las que están en cola.
• Pasar de una tarea a otra toma muy poco tiempo.

Desventajas del sistema operativo en tiempo real

• Los recursos del sistema son extremadamente caros y no son tan buenos.
• Los algoritmos utilizados son muy complejos.
• Solo se pueden ejecutar tareas limitadas a la vez.
• En tales sistemas, no podemos establecer la prioridad de subprocesos ya que estos sistemas no pueden cambiar tareas fácilmente.

Ejemplos de SO en tiempo real: Sistemas de imagen médica, robots, etc.

Mobile OS

Un sistema operativo móvil es un sistema operativo para teléfonos inteligentes, tabletas y PDA. Es una plataforma sobre la que se pueden ejecutar otras aplicaciones en dispositivos móviles.

Ventajas del sistema operativo móvil

• Proporciona facilidad a los usuarios.

Desventajas del sistema operativo móvil

• Algunos de los sistemas operativos móviles dan mala calidad de batería a los usuarios.
• Algunos de los sistemas operativos móviles no son fáciles de usar.

Ejemplos de SO móvil: Android OS, ios, sistema operativo Symbian y sistema operativo móvil Windows. 

Sistema operativo de 32 bits frente a sistema operativo de 64 bits

Cuota de mercado de sistemas operativos

Ejemplos de sistema operativo

Los siguientes son algunos ejemplos de sistemas operativos:

1. Microsoft Windows
   Es una serie de sistemas operativos gráficos desarrollados, comercializados y vendidos por Microsoft. La primera versión de Windows se lanzó en 1985 como un complemento de GUI para MS-DOS. La primera versión de Windows que se vendió como sistema operativo independiente fue Windows 95.
2. macOS

Es una serie de sistemas operativos gráficos desarrollados por Apple Inc. Es el sucesor de Mac OS X, y es el sistema operativo que impulsa la familia de computadoras Mac de Apple.

3. Linux

Linux se basa en el kernel de Linux y es un sistema operativo de software gratuito y de código abierto. Es uno de los sistemas operativos más populares para servidores y dispositivos integrados. También es utilizado por millones de usuarios de escritorio en todo el mundo.

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4. Android

Es un sistema operativo móvil desarrollado por Google. Se basa en el kernel de Linux y está diseñado principalmente para dispositivos móviles con pantalla táctil, como teléfonos inteligentes y tabletas.

5. iOS

Otro ejemplo de un sistema operativo móvil desarrollado por Apple Inc. iOs es el sucesor del iPhone OS. Es un sistema operativo que alimenta los productos iPhone, iPad y iPod Touch.

Ventajas del sistema operativo

Hay varias ventajas de los sistemas operativos. Hemos enumerado algunos de ellos a continuación:

1. Asegurar el uso correcto y eficiente del hardware de la computadora.
2. Permitir que diferentes aplicaciones se ejecuten simultáneamente.
3. Gestión de archivos y carpetas.
4. Proporcionar una interfaz de usuario.
5. Gestión de la seguridad.
6. Gestión de recursos.
7. Gestión de la impresión.
8. Proporcionar una plataforma para el desarrollo de software.

Desventajas del sistema operativo

Hay varias desventajas de los sistemas operativos. Hemos enumerado algunos de ellos a continuación:

• Pueden ser complejos y difíciles de usar.
• Pueden ser costosos de comprar y mantener.
• Pueden ser vulnerables a los ataques de usuarios malintencionados.

Sistema operativo en tiempo real

¿Qué es RTOS?

Un sistema operativo que puede ejecutar programas de subprocesos múltiples y cumplir con los plazos en tiempo real se conoce como "RTOS". La mayoría de los RTOS incorporan controladores de dispositivos, administración de recursos y programadores. Recuerde que no siempre queremos decir "rápido" cuando hablamos de "plazos". En cambio, esto significa que podemos prever cuándo se ejecutarán trabajos específicos antes del tiempo de ejecución.

Si está escribiendo aplicaciones incrustadas complejas, un RTOS puede ser una gran herramienta. Admiten el aislamiento de tareas y permiten el funcionamiento simultáneo.

Aplicaciones del sistema operativo en tiempo real

• Sistemas de aplicación de defensa como RADAR.
• Sistema de reservas de aerolíneas.
• Sistemas que brindan actualización inmediata.
• Sistemas multimedia en red.
• Sistema de control de tráfico aéreo.
• Sistemas de Control de Mando.

Conclusión

A medida que la necesidad de tecnología crezca día a día en los próximos días y que las generaciones más jóvenes como Gen Alpha crezcan y se unan a la fuerza laboral, un sistema operativo bueno y eficiente será la máxima prioridad de cada entorno comercial. Si está planeando obtener un licenciatura en TI, ahora es el mejor momento para empezar.

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