Un
sistema operativo (SO) es un
programa o conjunto de programas que en un sistema informático gestiona los recursos de
hardware y provee servicios a los
programas de aplicación, y se ejecuta en modo privilegiado respecto de los restantes.
[1]
Nótese que es un error común muy extendido denominar al conjunto completo de herramientas sistema operativo, es decir, la inclusión en el mismo término de programas como el
explorador de ficheros, el
navegador web y todo tipo de herramientas que permiten la interacción con el sistema operativo, también llamado núcleo o
kernel. Esta identidad entre
kernel y sistema operativo es solo cierta si el núcleo es
monolítico.
Otro ejemplo para comprender esta diferencia se encuentra en la plataforma Amiga, donde el
entorno gráfico de usuario se distribuía por separado, de modo que, también podía reemplazarse por otro, como era el caso de
directory Opus o incluso manejarlo arrancando con una
línea de comandos y el
sistema gráfico. De este modo, al arrancar un Amiga, comenzaba a funcionar con el
propio sistema operativo que llevaba incluido en una
ROM, por lo que era cuestión del usuario decidir si necesitaba un entorno gráfico para manejar el sistema operativo o simplemente otra aplicación. Uno de los más prominentes ejemplos de esta diferencia, es el
núcleo Linux, usado en las llamadas
distribuciones Linux, ya que al estar también basadas en
Unix, proporcionan un sistema de funcionamiento similar. Este error de precisión, se debe a la modernización de la informática llevada a cabo a finales de los 80, cuando la filosofía de estructura básica de funcionamiento de los grandes computadores
[2] se rediseñó a fin de llevarla a los hogares y facilitar su uso, cambiando el concepto de computador
multiusuario, (muchos usuarios al mismo tiempo) por un sistema monousuario (únicamente un usuario al mismo tiempo) más sencillo de gestionar.
[3] (Véase
AmigaOS,
beOS o
MacOS como los pioneros
[4] de dicha modernización, cuando los Amiga fueron bautizados con el sobrenombre de
Video Toasters[5] por su capacidad para la
Edición de vídeo en entorno
multitarea round robin, con
gestión de miles de colores e
interfaces intuitivos para
diseño en 3D.
Uno de los propósitos del sistema operativo que gestiona el núcleo
intermediario consiste en gestionar los recursos de localización y protección de acceso del hardware, hecho que alivia a los programadores de aplicaciones de tener que tratar con estos detalles. La mayoría de aparatos electrónicos que utilizan
microprocesadores para funcionar, llevan incorporado un sistema operativo. (teléfonos móviles,
reproductores de DVD, computadoras, radios,
enrutadores, etc). En cuyo caso, son manejados mediante una
Interfaz Gráfica de Usuario, un
gestor de ventanas o un
entorno de escritorio, si es un celular, mediante una consola o
control remoto si es un DVD y, mediante una
línea de comandos o navegador web si es un enrutador.
Perspectiva histórica
Los primeros sistemas (1945-1955) eran grandes máquinas operadas desde la consola maestra por los programadores. Durante la década siguiente (1955-1965) se llevaron a cabo avances en el
hardware:
lectoras de tarjetas,
impresoras,
cintas magnéticas, etc. Esto a su vez provocó un avance en el software:
compiladores,
ensambladores,
cargadores, manejadores de dispositivos, etc.
A finales de los años 1980, una computadora
Commodore Amiga equipada con una aceleradora
Video Toaster era capaz de producir efectos comparados a sistemas dedicados que costaban el triple. Un Video Toaster junto a Lightwave ayudó a producir muchos programas de televisión y películas, entre las que se incluyen
Babylon 5,
Seaquest DSV y
Terminator II.
[6]
Problemas de explotación y soluciones iniciales
El problema principal de los primeros sistemas era la baja utilización de los mismos, la primera solución fue poner un operador profesional que lo manejase, con lo que se eliminaron las hojas de reserva, se ahorró tiempo y se aumentó la velocidad.
Para ello, los trabajos se agrupaban de forma manual en lotes mediante lo que se conoce como
procesamiento por lotes (batch) sin automatizar.
Monitores residentes
Según fue avanzando la complejidad de los programas, fue necesario implementar soluciones que automatizaran la organización de tareas sin necesidad de un operador. Debido a ello se crearon los
monitores residentes: programas que residían en memoria y que gestionaban la ejecución de una cola de trabajos.
Un monitor residente estaba compuesto por un
cargador, un
Intérprete de comandos y un
Controlador (drivers) para el manejo de entrada/salida.
Sistemas con almacenamiento temporal de E/S
Los avances en el hardware crearon el soporte de
interrupciones y posteriormente se llevó a cabo un intento de solución más avanzado: solapar la E/S de un trabajo con sus propios cálculos, por lo que se creó el sistema de
búfers con el siguiente funcionamiento:
- Un programa escribe su salida en un área de memoria (búfer 1).
- El monitor residente inicia la salida desde el buffer y el programa de aplicación calcula depositando la salida en el buffer 2.
- La salida desde el buffer 1 termina y el nuevo cálculo también.
- Se inicia la salida desde el buffer 2 y otro nuevo cálculo dirige su salida al buffer 1.
- El proceso se puede repetir de nuevo.
Los problemas surgen si hay muchas más operaciones de cálculo que de E/S (limitado por la CPU) o si por el contrario hay muchas más operaciones de E/S que cálculo (limitado por la E/S).
Spoolers
Hace aparición el
disco magnético con lo que surgen nuevas soluciones a los problemas de rendimiento. Se eliminan las cintas magnéticas para el volcado previo de los datos de dispositivos lentos y se sustituyen por discos (un disco puede simular varias cintas). Debido al solapamiento del cálculo de un trabajo con la E/S de otro trabajo se crean tablas en el disco para diferentes tareas, lo que se conoce como
Spool (Simultaneous Peripherial Operation On-Line).
Sistemas operativos multiprogramados
Surge un nuevo avance en el hardware: el hardware con protección de memoria. Lo que ofrece nuevas soluciones a los problemas de rendimiento:
- Se solapa el cálculo de unos trabajos con la entrada/salida de otros trabajos.
- Se pueden mantener en memoria varios programas.
- Se asigna el uso de la CPU a los diferentes programas en memoria.
Debido a los cambios anteriores, se producen cambios en el monitor residente, con lo que éste debe abordar nuevas tareas, naciendo lo que se denomina como Sistemas Operativos
multiprogramados, los cuales cumplen con las siguientes funciones:
- Administrar la memoria.
- Gestionar el uso de la CPU (planificación).
- Administrar el uso de los dispositivos de E/S.
Cuando desempeña esas tareas, el monitor residente se transforma en un sistema operativo multiprogramado.
