Sistema operatiu

Erro al crear miniatura:

Interacció entre el sistema operatiu en el restant de les parts d'un sistema informàtic.

Un sistema operatiu (BAIX) és el conjunt de programes d'un sistema informàtic que gestiona els recursos del hardware i proveïx servicis als programes d'aplicació de software. Estos programes s'eixecuten en modo privilegiat respecte dels restants.

Un dels propòsits del sistema operatiu que gestiona el núcleu intermediari consistix en gestionar els recursos de localisació i protecció d'accés del hardware, fet que alivia als programadors d'aplicacions de tindre que tractar en estos detalls. La majoria dels aparats electrònics que utilisen microprocessadorés per a funcionar, duen incorporat un sistema operatiu (teléfons mòvils, reproductors de DVD, computadores, enrutadores, etc.). En el cas del qual, són manejats per mig d'una interfaç gràfic d'usuari, un gestor de finestres o un entorn d'escritori, si és un celar, per mig d'una consola o control remot si és un DVD i, per mig d'una llínea de comandos o navegador web si és un enrutador. El sistema operatiu d'escritori dominant és Microsoft Windows en una quota de mercat d'al voltant del 68,28%. MacOS d'Apple Inc. ocupa el segon lloc (18,71%) i les varietats de GNU/Linux estan colectivamente en tercer lloc (3,01%). En el sector mòvil (inclosos teléfons inteligents i tabletas), la participació d'Android és de fins a un 70% en l'any 2017. Les distribucions Linux són dominants en els sectors de servidors i supercomputación. Existixen atres classes especialisades de sistemes operatius, com els sistemes integrats i en temps real, per a moltes aplicacions.

Funcions principals

Algunes de les funcions principals d'un sistema operatiu són les següents:

• Gestiona la memòria: El sistema operatiu és responsable d'administrar eficientemente la memòria RAM i assignar els recursos necessaris a les aplicacions en eixecució. Ademés d'assignar memòria, també gestiona la lliberació de memòria quan una aplicació ya no la necessita.

• Administrar la CPU: El sistema operatiu coordina l'us de la CPU entre les diferents tasques i processos que s'eixecuten en el sistema. Utilisa algoritmes de programació per a determinar l'orde i la prioritat d'eixecució dels processos, assegurant un us equitatiu dels recursos de la CPU.
• Gestionar les entrades i eixides de senyes a través dels perifèrics: Ademés de direccionar les entrades i eixides de senyes, el sistema operatiu proporciona controladors (drivers) per a interactuar en els perifèrics d'entrada i eixida, com a teclats, mouse, impressores, discs durs externs, entre uns atres. Estos controladors permeten que els dispositius es comuniquen correctament en el sistema operatiu i les aplicacions.
• Administrar l'informació per al bon funcionament del sistema: El sistema operatiu gestiona informació essencial per al funcionament del sistema, com la taula de processos, la taula d'archius oberts i atres senyes rellevants. Ademés, realisa tasques de monitoreo i gestió del rendiment per a assegurar un funcionament òptim del sistema.
• Dirigir les autorisacions d'us per als usuaris: El sistema operatiu proporciona un mecanisme d'autenticació i autorisació per a garantisar que els usuaris accedixquen solament als recursos i funcions per als quals tenen permissos. Açò inclou la gestió de contes d'usuari, contrasenyes i assignació de privilegis.
• Administrar els archius: El sistema operatiu maneja les operacions relacionades en la gestió d'archius, com la creació, modificació, eliminació i accés als archius en el sistema d'almagasenament. Açò implica l'organisació dels archius en directoris o carpetes, el control d'accés als archius i l'implementació de mecanismes de seguritat per a protegir l'integritat i confidencialitat de l'informació.

Antecedents

Artícul principal → Història dels sistemes operatius.

Els primers sistemes (1945-1954) eren grans màquines operades des de la consola mestra pels programadors. Durant la década següent (1955-1965) es varen portar a terme alvanços en el hardware: llectores de targetes, impressoras, cintes magnètiques, etc. Açò a la seua volta va provocar un alvanç en el software: compiladorés, ensambladorés, carregadors, manejadores de dispositius, etc. A finals dels anys 1980, una computadora Commodore Amiga equipada en una acceleradora Video Toaster era capaç de produir efectes comparats a sistemes dedicats que costaven el triple. Un Video Toaster junt a Lightwave va ajudar a produir molts programes de televisió i películes, entre les que s'inclouen Babylon 5, SeaQuest DSV i Terminator 2.

Problemes d'explotació i solucions inicials

El problema principal de les primeres computadores era la seua baixa utilisació, la primera solució va ser posar un operador professional que ho manejara, en lo que es varen eliminar els fulls de reserva, es va aforrar temps i es va aumentar la velocitat. Per a això, els treballs s'agrupaven de forma manual en lots per mig de lo que es coneix com processament per lots (batch processing) sense automatisar.

Monitors residents

Erro al crear miniatura:

Fiches en llenguage de processament per lots, en programa i senyes, per a eixecució seqüencial.

Segons va ser alvançant la complexitat dels programes, va ser necessari implementar solucions que automatisaren l'organisació de tasques sense necessitat d'un operador. Debido a ello es varen crear els monitors residents: programes que residien en memòria i que gestionaven l'eixecució d'una coa de treballs. Un monitor resident estava compost per un carregador, un Intérpret de comandos i un controlador (drivers) per al maneig d'entrada/eixida.

Sistemes en almagasenament temporal d'I/S

Els alvanços en el hardware varen crear el soport d'interrupcions i posteriorment es va portar a terme un intent de solució més alvançat: solapar l'I/S d'un treball en els seus propis càlculs, per lo que es va crear el sistema de búfers en el següent funcionament:

• Un programa escriu la seua eixida en un àrea de memòria (búfer 1).
• El monitor resident inicia l'eixida des del buffer i el programa d'aplicació calcula depositant l'eixida en el buffer 2.
• L'eixida des del buffer 1 termina i el nou càlcul també.
• S'inicia l'eixida des del buffer 2 i un atre nou càlcul dirigix la seua eixida al buffer 1.
• El procés es pot repetir. Els problemes sorgixen si hi ha moltes més operacions de càlcul que d'I/S (llimitat per la CPU) o si pel contrari hi ha moltes més operacions d'I/S que de càlcul (llimitat per l'I/S).

Spoolers

Fa aparició el disc magnètic en lo que sorgixen noves solucions als problemes de rendiment. S'eliminen les cintes magnètiques per al bolcat previ de les senyes de dispositius llents i se substituïxen per discs (un disc pot simular vàries cintes). Pel solapamiento del càlcul d'un treball en l'I/S d'un atre treball es creen taules en el disc per a diferents tasques, lo que es coneix com Spool (Simultaneous Peripherial Operation On-line).

Sistemes operatius multiprogramados

Sorgix un nou alvanç: el hardware en protecció de memòria, oferint noves solucions als problemes de rendiment:

• Se solapa el càlcul d'uns treballs en l'entrada/eixida d'atres treballs.
• Es poden mantindre en memòria varis programes.
• S'assigna l'us de la CPU als diferents programes en memòria. En els canvis anteriors el monitor resident deu abordar noves tasques, naixent els Sistemes Operatius multiprogramados en les següents funcions:

• Administrar la memòria.
• Gestionar l'us de la CPU (planificació).
• Administrar l'us dels dispositius d'I/S. Quan eixercita eixes tasques, el monitor resident es transforma en un sistema operatiu multiprogramado.

Cridades al sistema

Cada BAIX implementa un conjunt propi d'anomenades al sistema. Eixe conjunt de cridades és l'interfaç del BAIX front a les aplicacions. Constituïxen ellenguage que deuen usar les aplicacions per a comunicar-se en el BAIX. Per això si canviem de BAIX, i obrim un programa dissenyat per a treballar sobre l'anterior, en general el programa no funcionarà, a no ser que el nou BAIX tinga el mateix interfaç. Per a això:

• Les cridades corresponents deuen tindre el mateix format.
• Cada cridada al nou BAIX té que donar els mateixos resultats que la corresponent de l'anterior.

Modos d'eixecució en un CPU

Les aplicacions no deuen poder usar totes les instruccions de la CPU. No obstant el Sistema Operatiu, té que poder utilisar tot el conjunt d'instruccions del CPU. Per això, una CPU deu tindre (a lo manco) dos modos d'operació diferents:

• Modo usuari: el CPU podrà eixecutar solament les instruccions del joc restringit de les aplicacions.
• Modo supervisor: la CPU deu poder eixecutar el joc complet d'instruccions.

Cridades al sistema

Una aplicació, normalment no sap on està situada la rutina de servici de la cridada. Per lo que si esta es codifica com una cridada de funció, qualsevol canvi en el S. O. faria necessari reconstruir l'aplicació. Pero lo més important és que una cridada de funció no canvia el modo d'eixecució de la CPU. En lo que cal conseguir cridar a la rutina de servici, sense tindre que conéixer la seua ubicació, i fer que es force un canvi de modo d'operació de la CPU en la cridada (i la recuperació del modo anterior en la tornada). Açò es fa utilisant instruccions màquina dissenyades específicament per a este comés, distintes de les que s'usen per a les cridades de funció.

Biblioteques d'interfaç de cridades al sistema

Les cridades al sistema no sempre tenen una expressió senzilla en els llenguages d'alt nivell, per això es creen les biblioteques d'interfaç, que són biblioteques de funcions que poden usar-se per a efectuar cridades al sistema. Les hi ha per a distints llenguages de programació. L'aplicació crida a una funció de la biblioteca d'interfaç (per mig d'una cridada normal) i eixa funció és la que realment fa la cridada al sistema.

Interrupcions i excepcions

El BAIX ocupa una posició intermija entre els programes d'aplicació i el hardware. No es llimita a utilisar el hardware a petició de les aplicacions ya que hi ha situacions en les que és el hardware el que necessita que s'eixecute còdic del BAIX. En tals situacions el hardware deu poder cridar al sistema, podent deure's estes cridades a dos condicions:

• Algun dispositiu d'I/S necessita atenció.
• S'ha produït una situació d'error en intentar eixecutar una instrucció del programa (normalment de l'aplicació). En abdós casos, l'acció realisada no està ordenada pel programa d'aplicació, és dir, no figura en el programa. Segons els dos casos anteriors tenim les interrupcions i les excepcions:

• Interrupció: senyal que envia un dispositiu d'I/S a la CPU per a indicar que l'operació de la que s'estava ocupant, ya ha terminat.
• Excepció: una situació d'error detectada per la CPU mentres eixecutava una instrucció, que requerix tractament per part del BAIX.

Tractament de les interrupcions

Una interrupció es tracta en tot cas, despuix de terminar l'eixecució de l'instrucció en curs. El tractament depén de quin siga el dispositiu d'I/S que ha causat l'interrupció, davant la qual deu poder identificar el dispositiu que l'ha causat. La ventaja d'este procediment és que no es té que perdre temps eixecutant contínuament rutines per a consultar l'estat del perifèric. L'inconvenient és que el dispositiu deu tindre els circuits electrònics necessaris per a accedir al sistema d'interrupcions del computador.

Importància de les interrupcions

El mecanisme de tractament de les interrupcions permet al sistema operatiu utilisar la CPU en servici d'una aplicació, mentres una atra permaneix a l'espera de que concloga una operació en un dispositiu d'I/S. El hardware s'encarrega d'avisar al BAIX quan el dispositiu d'I/S ha terminat i el BAIX pot intervindre llavors, si és convenient, per a fer que el programa que estava esperant pel dispositiu, es continue eixecutant. En certs intervals de temps pot convindre no acceptar senyals d'interrupció. Per això les interrupcions poden inhibir-se per programa (encara que açò elles no deuen poder fer-ho). Un eixemple de sincronisme per interrupció és l'almagasenament de caràcters introduïts per mig del teclat. Quan s'introduïx un caràcter, es codifica en el registre de senyes del dispositiu i ademés s'activa un bit del registre d'estat qui crea una interrupció en el hardware. El processador deixa temporalment la tasca que estava completant i eixecuta la rutina d'atenció a l'interrupció corresponent. El teclat almagasena el caràcter en el vector de memòria intermija (també cridat buffer) associada al teclat i desperta el procés que hi havia en l'estat d'espera de l'operació d'entrada/eixida.

Excepcions

Quan la CPU intenta eixecutar una instrucció incorrectament construïda, l'unitat de controllança una excepció per a permetre al BAIX eixecutar el tractament adequat. Al contrari que en una interrupció, l'instrucció en curs és abortada. Les excepcions de la mateixa manera que les interrupcions deuen estar identificades.

Classes d'excepcions

Les instruccions d'un programa poden estar mal construïdes per diverses raons:

• El còdic d'operació pot ser incorrecte.
• S'intenta realisar alguna operació no definida, com dividir per zero.
• L'instrucció pot no estar permesa en el modo d'eixecució actual.
• La direcció d'algun operant pot ser incorrecta o s'intenta violar algun dels seus permissos d'us.

Importància de les excepcions

El mecanisme de tractament de les excepcions és essencial per a impedir, junt als modos d'eixecució de la CPU i els mecanismes de protecció de la memòria, que les aplicacions realisen operacions que no els estan permeses. En qualsevol cas, el tractament específic d'una excepció ho realisa el BAIX. Com en el cas de les interrupcions, el hardware es llimita a deixar el control al BAIX, i est és el que tracta la situació com convinga. És prou freqüent que el tractament d'una excepció no retorne al programa que s'estava eixecutant quan es va produir l'excepció, sino que el BAIX aborte l'eixecució d'eixe programa. Este factor depén de la perícia del programador per a controlar l'excepció adequadament.

Components

Erro al crear miniatura:

Components del Sistema Operatiu.

Tots els components d'un sistema operatiu existixen per a fer que les diferents parts d'una computadora treballen juntes. Tot el software de l'usuari deu passar pel sistema operatiu per a poder utilisar qualsevol hardware, ya siga tan simple com un mouse o un teclat o tan complex com un component d'Internet.

Gestió de processos

Un procés és simplement, un programa en eixecució que necessita recursos per a realisar la seua tasca: temps de CPU, memòria, archius i dispositius d'I/S. El BAIX és el responsable de lo següent:

• Crear i destruir processos.
• Parar i recomençar processos.
• Oferir mecanismes per a que els processos puguen comunicar-se i se sincronisen. La gestió de processos podria ser similar al treball d'oficina. Es pot tindre una llista de tasques a realisar i a estes fixar-els prioritats: alta, mija, baixa, per eixemple. Devem començar fent les tasques de prioritat alta primer i quan es terminen seguir en les de prioritat mija i despuix les de baixa. Una volta realisada la tasca es tacha. Açò pot dur un problema que les tasques de baixa prioritat poden que mai apleguen a eixecutar-se i permaneixquen en la llista per a sempre. Per a solucionar açò, es pot assignar alta prioritat a les tasques més antigues.

Gestió de l'almagasenament secundari

Un sistema d'almagasenament secundari és necessari, ya que la memòria principal (almagasenament primari) és volàtil i ademés molt chicoteta per a almagasenar tots els programes i senyes. També és necessari mantindre les senyes que no convinga mantindre en la memòria principal. El BAIX s'encarrega de:

• Planificar els discs.
• Gestionar l'espai lliure.
• Assignar l'almagasenament.
• Verificar que les senyes es guarden en orde.

Sistema d'entrada i eixida

Consistix en un sistema d'almagasenament temporal (caché), un interfaç de manejadores de dispositius i una atra per a dispositius concrets. El sistema operatiu deu gestionar l'almagasenament temporal d'I/S i servir les interrupcions dels dispositius d'I/S.

Sistema d'archius

Existixen diferents sistemes d'archius, és dir, existixen diferents formes d'organisar l'informació que s'almagasena en les memòries (normalment discs) dels ordenadors. Per eixemple, existixen els sistemes d'archius FAT, FAT32, ext3, ext4, NTFS, XFS, etc.

Sistemes de protecció

Mecanisme que controla l'accés dels programes o els usuaris als recursos del sistema. El BAIX s'encarrega de:

• Distinguir entre us autorisat i no autorisat.
• Especificar els controls de seguritat a realisar.
• Forçar l'us d'estos mecanismes de protecció.

Sistema de comunicacions

Per a mantindre les comunicacions en atres sistemes és necessari poder controlar l'enviament i recepció d'informació a través de les interfaços de ret. També cal crear i mantindre punts de comunicació que servixquen a les aplicacions per a enviar i rebre informació, i crear i mantindre conexions virtuals entre aplicacions que estan eixecutant-se localment i unes atres que ho fan remotamente.

Programes de sistema

Són aplicacions d'utilitat que se suministren en el BAIX pero no formen part d'ell. Oferixen un entorn útil per al desenroll i eixecució de programes, sent algunes de les tasques que realisen:

• Manipulació i modificació d'archius.
• Informació de l'estat del sistema.
• Soport a llenguages de programació.
• Comunicacions.

Gestor de recursos

Com a gestor de recursos, el sistema operatiu administra:

• L'unitat central de processament (a on està estajat el microprocessador).
• Els dispositius d'entrada i eixida.
• La memòria principal (o d'accés directe).
• Els discs (o memòria secundària).
• Els processos (o programes en eixecució).

Classificació

Administració de tasques

• Monotarea: Solament permet eixecutar un procés (aparte dels processos del propi BAIX) en un moment donat. Una volta que escomença a eixecutar un procés, continuarà fent-ho fins a la seua finalisació i/o interrupció.
• Multitarea: És capaç d'eixecutar varis processos al mateix temps. Este tipo de BAIX normalment assigna els recursos disponibles (CPU, memòria, perifèrics) de forma alternada als processos que els soliciten, de manera que l'usuari percep que tots funcionen al mateix temps, de forma concurrent. La multitarea pot estar relacionada en el multiprocesamiento, ya que en sistemes en múltiples núcleus de CPU o processadors, es poden assignar diferents processos a cada núcleu per a eixecutar-se simultàneament, lo que millora el rendiment i la capacitat de resposta del sistema. El multiprocesamiento permet una major eficiència en l'eixecució de tasques en aprofitar els recursos de la CPU de manera parala i simultànea.

Administració d'usuaris

• Monousuario: Solament permet eixecutar els programes d'un usuari al mateix temps.
• Multiusuario: Permet que varis usuaris eixecuten simultàneament els seus programes, accedint al mateix temps als recursos de la computadora. Normalment estos sistemes operatius utilisen métodos de protecció de senyes, de manera que un programa no puga usar o canviar les senyes d'un atre usuari.

Administració de sessions

• Monosesión: Sistemes operatius que són capaços d'eixecutar una sola sessió d'usuari. Els sistemes operatius de fa temps com Windows 98 o Windows 95.
• Multisesión: Sistemes operatius que són capaços d'eixecutar vàries sessions d'usuari al mateix temps. La funcionalitat de multisesión es pot instalar per mig d'aplicacions, pero és el sistema operatiu el que permet dit funcionament. Els servidors de la família Windows Server, la majoria de les versions de Linux.

Maneig de recursos

• Centralisat: Permet usar els recursos d'una sola computadora.
• Distribuït: Permet utilisar els recursos (memòria, CPU, disc, perifèrics...) de més d'una computadora al mateix temps.

Denominacions errònees

En certs texts, el sistema operatiu és cridat indistintament com núcleu o kernel, pero deu tindre's en conte que la diferència entre kernel i sistema operatiu solament és aplicable si el núcleu és monolític, la qual cosa va ser molt comú entre els primers sistemes. En cas contrari, és incorrecte cridar al sistema operatiu núcleu. Note's que és un error comú molt estés denominar al conjunt complet de ferramentes sistema operatiu, és dir, l'inclusió en el mateix terme de programes com l'explorador de fichers, el navegador web i tot tipo de ferramentes que permeten l'interacció en el sistema operatiu. Un atre eixemple per a comprendre esta diferència es troba en la plataforma Amiga, a on l'entorn gràfic d'usuari es distribuïa per separat, de modo que, també podia reemplaçar-se per un atre, com era el cas de directory Opus o inclús manejar-ho arrancant en una llínea de comandos i el sistema gràfic. D'esta manera, començava a funcionar en el propi sistema operatiu que duya inclós en una ROM, per lo que era qüestió de l'usuari decidir si necessitava un entorn gràfic per a manejar el sistema operatiu o simplement una atra aplicació. Un dels més prominents eixemples d'esta diferència, és el núcleu Linux, usat en les cridades distribucions Linux, ya que en estar també basades en Unix, proporcionen un sistema de funcionament similar. Este error de precisió, es deu a la modernisació de l'informàtica portada a terme a finals dels 80, quan la filosofia d'estructura bàsica de funcionament dels grans computadors es va redissenyar a fi de dur-la a les llars i facilitar el seu us, canviant el concepte de computador multiusuario, (molts usuaris al mateix temps) per un sistema monousuario (únicament un usuari al mateix temps) més senzill de gestionar. Vejau AmigaOS, beOS o Mac VOS com els pioners de dita modernisació, quan els Amiga varen ser batejats en el sobrenom de Video Toasters per la seua capacitat per a l'Edició de vídeo en entorn multitarea round robin, en gestió de mils de colors i interfaços intuïtius per a disseny en 3D.

Sistemes operatius per a dispositius mòvils

Artícul principal → Sistema operatiu mòvil.

Vore també

• Anex:Sistemes operatius
• Anex:Comparació de sistemes operatius
• Anex:Cronologia dels sistemes operatius
• Història dels sistemes operatius
• Sistema operatiu de ret
• Software de sistema

Bibliografia

• (2006) Fonaments de sistemes operatius, 7ª edició (en és), McGraw-Hill. ISBN 84-481-4641-7.
• Stallings, William (2005). Sistemes operatius: aspectes interns i principis de disseny, 5ª edició (en és), Pearson Prentice Hall. ISBN 978-84-205-4462-5.
• Tanenbaum, Andrew S. (2009). Sistemes operatius moderns, 3ª edició (en és), Pearson Prentice Hall. ISBN 978-607-442-046-3.

Enllaços externs

Commons

• Erro al crear miniatura: Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Sistema operatiu.

Erro al crear miniatura: Sistema operatiu en el Viccionari. Plantilla:Wikiversidad