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INSTITUTO TECNOLÓGICO DECHILPANCINGO

SISTEMAS OPERATIVOS

INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMASOPERATIVOS

TEMA

QUE PRESENTAESTEBAN REYES MORALES

CARRERA

ING. EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

PROFESORM.C. YANET EVANGELISTA ALCOCER

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Índice

1. Introducción a los sistemas operativos

1.1 Definición y concepto sistemas operativos. 

1.2 Funciones y características sistemas operativos. 

1.3 Evolución histórica sistemas operativos. 

1.4 Clasificación sistemas operativos. 

1.5 Estructura: niveles o estratos de diseño. 

1.6 Núcleo. 

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Unidad 1. Introducción a los sistemas operativos 

1.1 Definición y concepto sistemas operativos. 

Existen diversas definiciones de lo que es un Sistema Operativo, pero no hay una

definición exacta, es decir una que sea estándar; a continuación se presentanalgunas:Un sistema operativo (SO) es un programa o conjunto de programas que en unsistema informático gestiona los recursos de hardware y provee servicios alos programas de aplicación, y corre en modo privilegiado respecto de losrestantes.

Los Sistemas Operativos son ante todo administradores de recursos; el principalrecurso que administran es el hardware del computador; además de los

procesadores, los medios de almacenamiento, los dispositivos de entrada / salida,los dispositivos de comunicación y los datos.

Sistema Operativo. ¿Qué es?

Es una colección de mecanismos de software destinados a servir de interfaceentre un sistema informático y sus usuarios, el cual ofrece herramientas yfacilidades para simplificar las tareas de diseño codificación depuración,actualización, etc.

¿Qué hace?

Administrar todos los recursos hardware y software que constituyen el sistemainformático a explotar.

¿Cómo nació?

Nació con la necesidad de llevar el control de quien utiliza los recursos softwareusuario(s).

Un Sistema Operativo es un programa que actúa como intermediario entre elusuario y el hardware del computador y su propósito es proporcionar el entorno enel cual el usuario pueda ejecutar programas. Entonces, el objetivo principal de unSistema Operativo es, lograr que el sistema de computación se use de maneracómoda, y el objetivo secundario es que el hardware del computador se emplee demanera eficiente.

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1.2 Funciones y características sistemas operativos

El sistema operativo es el programa más importante de la computadora. Enrealidad es un conjunto de programas que hace dos cosas fundamentales. Una deellas es organizar y administrar el hardware del equipo: partes internas y

periféricos.

Todo puede funcionar perfectamente, pero sin un sistema operativo no podemosusarlo. A finales de los años 40, cuando no había sistemas operativos, losprogramadores ponían en funcionamiento el hardware repitiendo constantementeuna serie de pasos muy laboriosos. Para automatizar el proceso se crearon lossistemas operativos.

En general, se puede decir que un Sistema Operativo tiene las siguientescaracterísticas:

  Conveniencia. Un Sistema Operativo hace más conveniente el uso de unacomputadora.

  Eficiencia. Un Sistema Operativo permite que los recursos de la computadorase usen de la manera más eficiente posible.

  Habilidad para evolucionar. Un Sistema Operativo deberá construirse demanera que permita el desarrollo, prueba o introducción efectiva de nuevasfunciones del sistema sin interferir con el servicio. 

  Encargado de administrar el hardware. El Sistema Operativo se encarga demanejar de una mejor manera los recursos de la computadora en cuanto ahardware se refiere, esto es, asignar a cada proceso una parte del procesadorpara poder compartir los recursos.

  Relacionar dispositivos (gestionar a través del kernel). El Sistema Operativo sedebe encargar de comunicar a los dispositivos periféricos, cuando el usuario asílo requiera.

  Organizar datos para acceso rápido y seguro. 

  Manejar las comunicaciones en red. El Sistema Operativo permite al usuariomanejar con alta facilidad todo lo referente a la instalación y uso delas redes de computadoras. 

  Procesamiento por bytes de flujo a través del bus de datos.

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  Facilitar las entradas y salidas. Un Sistema Operativo debe hacerle fácil alusuario el acceso y manejo de los dispositivos de Entrada/Salida de lacomputadora.

  Técnicas de recuperación de errores.

  Evita que otros usuarios interfieran. El Sistema Operativo evita que los usuariosse bloqueen entre ellos, informándoles si esa aplicación está siendo ocupadapor otro usuario.

  Generación de estadísticas. 

  Permite que se puedan compartir el hardware y los datos entre los usuarios.

1.3 Evolución histórica sistemas operativos La primera generación (1945-55): Tubos de vacío y tableros de conmutación. 

Después del fracaso de los trabajos de Babbage, fueron pocos los avances que selograron en la construcción de computadoras digitales hasta la Segunda GuerraMundial. A mediados de la década de 1940, Howard Aiken en Harvard,John vonNeumann en el Institute for Advanced Study en Princeton, J. PresperEckert yWilliam Mauchley en la University of Pennsylvania y Konrad Zuse enAlemania,entre otros, lograron construir máquinas calculadoras usando tubos de vacío.

Estas máquinas eran enormes, y ocupaban cuartos enteros con decenas de milesde tubos de vacío, pero eran mucho más lentas que incluso las computadoraspersonales más baratas de la actualidad. En esos primeros días, un solo grupo depersonas diseñaba, construía, programaba, operaba y mantenía a cada máquina.Toda la programación se realizaba en lenguaje de máquina absoluto, a menudoalambrando tableros de conmutación para controlar las funciones básicas de lamáquina.

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No existían los lenguajes de programación (ni siquiera los de ensamblador). Nadiehabía oído hablar de los sistemas operativos. La forma de operación usualconsistía en que el programador se anotaba para recibir un bloque de tiempo en lahoja de reservaciones colgada en la pared, luego bajaba al cuarto de la máquina,insertaba su tablero de conmutación en la computadora, y pasaba las siguienteshoras con la esperanza de que ninguno de los cerca de 20000 tubos de vacío se

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quemara durante la sesión. Prácticamente todos los problemas eran cálculosnuméricos directos, como la producción de tablas de senos y cosenos.

A principios de la década de 1950, la rutina había mejorado un poco con laintroducción de las tarjetas perforadas. Ahora era posible escribir programas en

tarjetas e introducirlas para ser leídas, en lugar de usar tableros de conmutación;por lo demás, el procedimiento era el mismo.

La segunda generación (1955-65): Transistores y sistemas por lote

La introducción del transistor a mediados de la década de 1950 alteró el panoramaradicalmente. Las computadoras se hicieron lo bastante confiables como parapoderse fabricar y vender a clientes comerciales con la expectativa de queseguirían funcionando el tiempo suficiente para realizar algo de trabajo útil. Porprimera vez, había una separación clara entre diseñadores, constructores,

operadores, programadores y personal de mantenimiento.Estas máquinas se encerraban en cuartos de computadora con acondicionamientode aire especial, con equipos de operadores profesionales para operarias. Sólo lasgrandes empresas, o las principales dependencias del gobierno o universidades,podían solventar el costo de muchos millones de dólares. Para ejecutar un trabajo(es decir, un programa o serie de programas), un programador escribía primero elprograma en papel (en FORTRAN o ensamblador) y luego lo perforaba en tarjetas.Después, llevaba el grupo de tarjetas al cuarto de entrada y lo entregaba a uno delos operadores.

Cuando la computadora terminaba el trabajo que estaba ejecutando en esemomento, un operador acudía a la impresora, separaba la salida impresa y lallevaba al cuarto de salida donde el programador podía recogerla después. Luego,el operador tomaba uno de los grupos de tarjetas traídos del cuarto de entrada y lointroducía en el lector. Si se requería el compilador de FORTRAN, el operadortenía que traerlo de un archivero e introducirlo en el lector.

Tercera generación de computadoras (1964-1971): Desarrollo de circuitosintegrados

La tercera generación de las computadoras se puede decir que comienza en abrilde 1.964 con la IBM 360. Estas computadoras están compuestas por circuitosintegrados y utilizan lenguajes de control de los sistemas operativos.

El Circuito integrado, o chip se invento en el año 1.959 por los ingenieros de laTexas Instruments. Ellos serán los sustitutos de los transistores en la fabricaciónde las computadoras. El primer circuito integrado contenía seis transistores.

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Actualmente un chip o circuito integrado puede llegar a tener millones detransistores.

El sistema operativo que usaba la IBM en el modelo 360 lo llamo OS, tenía variasconfiguraciones, con el que se podía manejar la memoria y el uso del procesador,

ya usaba la tecnología de los circuitos integrados, que luego se convirtieron enestándares. Todas estas computadoras se caracterizaban por ser muy potentes yveloces.

A mediados de la década de los 70 las computadoras que se venden en losmercados recuden su tamaño, se las denomina minicomputadoras. Estas son maseconómicas que las grandes, pero son muy ágiles en el tratamiento de lainformación. Algunas de estas minicomputadoras o mainframes (que significa,gran sistema) fueron: la PDP  – 8, la PDP  – 11, la VAX de la Virtual AddresseXtended, todas estas de la empresa Digital Equipment Corporation, los modelosNOVA y ECLIPSE de Data General, la serie 3000 y 9000 de Hewlett  – Packard,

etc. En la antigua Unión Soviética se uso durante varias generaciones la US(Sistema Unificado, Ryad). 

Cuarta generación de computadoras (1971-1988): Se desarrollo elmicroprocesador

En la Cuarta generación de computadoras aparece la innovación más importantede la computación, los microprocesadores. Este fue uno de los mayores avancesde la microelectrónica, los microprocesadores son unos circuitos integrados dealta densidad y con una velocidad inmejorable. Las computadoras de estageneración pasaron a llamarse microcomputadoras porque usaban estos

microprocesadores. Estas computadoras son mucho más pequeñas y baratas, conlo que se vendieron muchísimo más, son conocidas como las computadoraspersonales, del inglés personal computer (PC), que influyeron de tal manera en lasociedad en general que propiciaron lo que se conoce como “la revolucióninformática”. 

En el año 1.976 Steve Wozniak y Steve Jobs idean la primera microcomputadorade la que se venden muchísimas unidades. Más adelante Steve Wozniak y SteveJobs, fundan la empresa Apple, que llego a ser la segunda compañía más grandedel mundo, solo estaba por encima de ella el gigante IBM, aun hoy Apple estáentre las 5 compañías más grandes del mundo en el campo de la computación.

Entre los años 1.984 y 1.987 se llegaron a vender 60 millones de computadoraspersonales, esto demuestra su tremenda expansión en todos los terrenos,comercial, industrial y personal. En gran parte todo esto es debido también alsoftware que se usa que han propiciado un acercamiento entre la computadora yel usuario de la misma. Comienza a desarrollarse procesadores de palabra, hojaselectrónicas de cálculo, paquetes gráficos, etc.

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Por esta época Gary Kildall y William Gates crean sistemas operativos quellegaron a ser tan importantes y conocidos en el mercado mundial como son losfamosos sistemas operativos de Microsoft Windows. Pero todo esto no implica quelas grandes computadoras hayan desaparecido, todo lo contrario, hoy en día suuso se limita a terreno militar y la gran industria.

Quinta generación de computadoras (1983-al presente)

Actualmente estamos inmersos ya en la quinta generación de computadoras,ahora avanza la ciencia de la computación en el desarrollo del software y sistemasoperativos más afables con el usuario de la computadora. Con esto se quiereacomodar el desarrollo que han sufrido en los últimos tiempos las computadoras ymás concretamente la microelectrónica haciendo las más asequibles, agradables ymucho más común el uso de la computadora por el ser humano.

Pero no se ha conseguido nada de esto, no podemos comunicarnos con la

computadora en un lenguaje más humano y no a través de códigos o lenguajesespecíficos.

1.3 Clasificación sistemas operativos

Con el paso del tiempo, los Sistemas Operativos fueron clasificándose dediferentes maneras, dependiendo del uso o de la aplicación que se les daba. A

continuación se mostrarán diversos tipos de Sistemas Operativos que existen enla actualidad, con algunas de sus características:

Sistemas Operativos por lotes.

Los Sistemas Operativos por lotes, procesan una gran cantidad de trabajos conpoca o ninguna interacción entre los usuarios y los programas en ejecución. Estossistemas son de los más tradicionales y antiguos, y fueron introducidos alrededorde 1956 para aumentar la capacidad de procesamiento de los programas.

Algunos ejemplos de Sistemas Operativos por lotes exitosos son el SCOPE, delDC6600, el cual está orientado a procesamiento científico pesado, y el EXEC IIpara el UNIVAC 1107, orientado a procesamiento académico.

Algunas otras características con que cuentan los Sistemas Operativos por lotesson:

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  Requiere que el programa, datos y órdenes al sistema sean remitidos todos juntos en forma de lote.

  Permiten poca o ninguna interacción usuario/programa en ejecución.  Mayor potencial de utilización de recursos que procesamiento serial simple en

sistemas multiusuario.  No conveniente para desarrollo de programas por bajo tiempo de retorno y

depuración fuera de línea.  Conveniente para programas de largos tiempos de ejecución

Sistemas Operativos de tiempo real

Los Sistemas Operativos de tiempo real son aquellos en los cuales no tieneimportancia el usuario, sino los procesos. Por lo general, están subutilizados susrecursos con la finalidad de prestar atención a los procesos en el momento que lorequieran. Se utilizan en entornos donde son procesados un gran número desucesos o eventos. 

Muchos Sistemas Operativos de tiempo real son construidos para aplicacionesmuy específicas como control de tráfico aéreo, bolsas de valores, control derefinerías, control de laminadores. También en el ramo automovilístico y dela electrónica de consumo, las aplicaciones de tiempo real están creciendo muyrápidamente. Otros campos de aplicación de los Sistemas Operativos de tiemporeal son los siguientes:

  Control de trenes.

  Telecomunicaciones.  Sistemas de fabricación integrada.  Producción y distribución de energía eléctrica.  Control de edificios.  Sistemas multimedia. 

Algunos ejemplos de Sistemas Operativos de tiempo real son: VxWorks, Solaris,Lyns OS y Spectra. Los Sistemas Operativos de tiempo real, cuentan con lassiguientes características:

  Se dan en entornos en donde deben ser aceptados y procesados gran cantidadde sucesos, la mayoría externos al sistema computacional, en breve tiempo odentro de ciertos plazos.

  Se utilizan en control industrial, conmutación telefónica, control de vuelo,simulaciones en tiempo real., aplicaciones militares, etc.

  Objetivo es proporcionar rápidos tiempos de respuesta.  Procesa ráfagas de miles de interrupciones por segundo sin perder un solo

suceso.

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  Proceso se activa tras ocurrencia de suceso, mediante interrupción.  Proceso de mayor prioridad expropia recursos.  Por tanto generalmente se utiliza planificación expropiativa basada en

prioridades.  Gestión de memoria menos exigente que tiempo compartido, usualmente

procesos son residentes permanentes en memoria.  Población de procesos estática en gran medida.  Poco movimiento de programas entre almacenamiento secundario y memoria.  Gestión de archivos se orienta más a velocidad de acceso que a utilización

eficiente del recurso.

Sistemas Operativos de multiprogramación (o Sistemas Operativos demultitarea).

Se distinguen por sus habilidades para poder soportar la ejecución de dos o mástrabajos activos (que se están ejecutado) al mismo tiempo. Esto trae comoresultado que la Unidad Central de Procesamiento (UCP) siempre tenga algunatarea que ejecutar, aprovechando al máximo su utilización.

Su objetivo es tener a varias tareas en la memoria principal, de manera que cadauno está usando el procesador, o un procesador distinto, es decir,involucra máquinas con más de una UCP.

Sistemas Operativos como UNIX, Windows 95, Windows 98, Windows NT, MAC-

OS, OS/2, soportan la multitarea.

Las características de un Sistema Operativo de multiprogramación o multitareason las siguientes:

  Mejora productividad del sistema y utilización de recursos.  Multiplex a recursos entre varios programas.  Generalmente soportan múltiples usuarios (multiusuario).  Proporcionan facilidades para mantener el entorno de usuarios individuales.  Requieren validación de usuario para seguridad y protección.  Proporcionan contabilidad del uso de los recursos por parte de los usuarios.  Multitarea sin soporte multiusuario se encuentra en algunos computadores

personales o en sistemas de tiempo real.  Sistemas multiprocesadores son sistemas multitareas por definición ya que

soportan la ejecución simultánea de múltiples tareas sobre diferentesprocesadores.

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  En general, los sistemas de multiprogramación se caracterizan por tenermúltiples programas activos compitiendo por los recursos del sistema:procesador, memoria, dispositivos periféricos. 

Sistemas Operativos de tiempo compartido

Permiten la simulación de que el sistema y sus recursos son todos para cadausuario. El usuario hace una petición a la computadora, esta la procesa tan prontocomo le es posible, y la respuesta aparecerá en la terminal del usuario.

Los principales recursos del sistema, el procesador, la memoria, dispositivos deE/S, son continuamente utilizados entre los diversos usuarios, dando a cadausuario la ilusión de que tiene el sistema dedicado para sí mismo. Esto trae comoconsecuencia una gran carga de trabajo al Sistema Operativo, principalmenteen la administración de memoria principal y secundaria.

Ejemplos de Sistemas Operativos de tiempo compartido son Multics, OS/360 yDEC-10.

Características de los Sistemas Operativos de tiempo compartido:

  Populares representantes de sistemas multiprogramados multiusuario,  ej: sistemas de diseño asistido por computador, procesamiento de texto, etc.  Dan la ilusión de que cada usuario tiene una máquina para sí.  Mayoría utilizan algoritmo de reparto circular.  Programas se ejecutan con prioridad rotatoria que se incrementa con la espera

y disminuye después de concedido el servicio.  Evitan monopolización del sistema asignando tiempos de procesador (time

slot).  Gestión de memoria proporciona protección a programas residentes.  Gestión de archivo debe proporcionar protección y control de acceso debido a

que pueden existir múltiples usuarios accesando a un mismo archivo.

Sistemas Operativos distribuidos

Permiten distribuir trabajos, tareas o procesos, entre un conjunto de procesadores.Puede ser que este conjunto de procesadores esté en un equipo o en diferentes,en este caso es trasparente para el usuario. Existen dos esquemas básicos deéstos. Un sistema fuertemente acoplado es aquel que comparte la memoria y unreloj global, cuyos tiempos de acceso son similares para todos los procesadores.En un sistema débilmente acoplado los procesadores no comparten ni memoria nireloj, ya que cada uno cuenta con su memoria local.

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Los sistemas distribuidos deben de ser muy confiables, ya que si un componentedel sistema se compone otro componente debe de ser capaz de reemplazarlo.

Entre los diferentes Sistemas Operativos distribuidos que existen tenemos lossiguientes: Sprite, Solaris-MC, Mach, Chorus, Spring, Amoeba, Taos, etc.

Características de los Sistemas Operativos distribuidos:

  Colección de sistemas autónomos capaces de comunicación y cooperaciónmediante interconexiones hardware y software.

  Gobierna operación de un S.C. y proporciona abstracción de máquina virtual alos usuarios.

  Objetivo clave es la transparencia.  Generalmente proporcionan medios para la compartición global de recursos.  Servicios añadidos: denominación global, sistemas de archivos distribuidos,

facilidades para distribución de cálculos (a través de comunicación de procesos

internodos, llamadas a procedimientos remotos, etc.).

Sistemas Operativos de red

Son aquellos sistemas que mantienen a dos o más computadoras unidas a travésde algún medio de comunicación (físico o no), con el objetivo primordial de podercompartir los diferentes recursos y la información del sistema.

El primer Sistema Operativo de red estaba enfocado a equipos con un procesadorMotorola 68000, pasando posteriormente a procesadores Intel como NovellNetWare.

Los Sistemas Operativos de red más ampliamente usados son: Novell NetWare,Personal NetWare, LAN Manager, Windows NT Server, UNIX, LANtastic.

5. Sistemas Operativos paralelos 

En estos tipos de Sistemas Operativos se pretende que cuando existan dos o másprocesos que compitan por algún recurso se puedan realizar o ejecutar al mismotiempo.

En UNIX existe también la posibilidad de ejecutar programas sin tener queatenderlos en forma interactiva, simulando paralelismo (es decir, atender de

manera concurrente varios procesos de un mismo usuario). Así, en lugar deesperar a que el proceso termine de ejecutarse (como lo haría normalmente),regresa a atender al usuario inmediatamente después de haber creado el proceso.

Ejemplos de estos tipos de Sistemas Operativos están: Alpha, PVM, la serie AIX,que es utilizado en los sistemas RS/6000 de IBM.

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1.4 Estructura: niveles o estratos de diseño

a) Cargador

Cualquier programa que requiere ser ejecutado en la computadora, deberá sertransferido desde su lugar de residencia a la memoria principal.

b) cargador para el sistema operativo

Este programa se encarga de transferir desde algún medio de

almacenamiento externo (disco, cinta o tambor) a la memoria principal, losprogramas del sistema operativo que tienen como finalidad establecer elambiente de trabajo del equipo de cómputo. Existe un programa especialalmacenado en memoria ROM que se encarga de accesar a este programacargador. Cuando el sistema operativo está cargado en memoria toma elcontrol absoluto de las operaciones del sistema.

c) cargador incluido en el sistema operativo

Su función es cargar a memoria todos los archivos necesarios para laejecución de un proceso.

Supervisor (ejecutivo o monitor)

Es el administrador del sistema que controla todo el proceso de la informaciónpor medio de un gran número de rutinas que entran en acción cuando sonrequeridos. Funge como enlace entre los programas del usuario y todas las

rutinas que controlan los recursos requeridos por el programa paraposteriormente continuar con su ejecución.

El supervisor también realiza otras funciones como son:

Administra la memoria.

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- Administración de las rutinas que controlan el funcionamiento de los recursosde la computadora.

- Manejo de Archivos

- Administración y control de la ejecución de los programas.

Lenguaje de comunicación

Es el medio a través del cual el usuario interactúa directamente con el sistemaoperativo y está formado por comandos que son introducidos a través dealgún dispositivo. Generalmente un comando consta de dos partes, la primeraformada por una palabra que identifica el comando y la acción a realizar y lasegunda parte por un conjunto de valores o parámetros que permiten

seleccionar diversas operaciones de entre los que dispone el comando.

Utilería de sistema

Son programas o rutinas del sistema operativo que realizan diversas funcionesde uso común o aplicación frecuente como son: clasificar, copiar e imprimirinformación

1.6 Núcleo El Núcleo (o kernel) es una colección de módulos de software que se ejecutanen forma privilegiada –lo que significa que tienen acceso pleno a los recursosdel sistema. El núcleo normalmente representa sólo una pequeña parte de loque por lo general se piensa que es todo el sistema operativo, pero es tal vezel código que más se utiliza. Por esta razón, el núcleo reside por lo regular enla memoria principal, mientras que otras partes del sistema operativo soncargadas en la memoria principal sólo cuando se necesitan.

Los núcleos se diseñan para realizar “el mínimo” posible de procesamiento en

cada interrupción y dejar que el resto lo realice el proceso apropiado delsistema, que puede operar mientras el núcleo se habilita para atender otrasinterrupciones.

El núcleo de un sistema operativo normalmente contiene el código necesariopara realizar las siguientes funciones:

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• Manejo de interrupciones.

• Creación y destrucción de procesos.

• Cambio de estado de los procesos.

• Despacho.

• Suspensión y reanudación de procesos.

• Sincronización de procesos.

• Comunicación entre procesos. 

• Manipulación de los bloques de control de procesos.

• Apoyo para las actividades de entrada/salida. 

• Apoyo para asignación y liberación de memoria. 

• Apoyo para el sistema de archivos. 

• Apoyo para el mecanismo de llamada y retorno de un procedimiento.

• Apoyo para ciertas funciones de contabilidad del sistema.