Funciones y Objetivos Esenciales del Sistema Operativo

• Comodidad: Un sistema operativo hace que un computador sea más cómodo de utilizar.
• Eficiencia: Un sistema operativo permite que los recursos de un sistema informático se aprovechen de una manera más eficiente.
• Capacidad de Evolución: Un sistema operativo debe construirse de modo que permita el desarrollo efectivo, la verificación y la introducción de nuevas funciones en el sistema y, a la vez, no interferir en los servicios que brinda.

El Sistema Operativo como Interfaz Usuario/Computadora

El hardware y el software que se utilizan para proveer de aplicaciones a los usuarios pueden contemplarse de forma estratificada o jerárquica. Al usuario de estas aplicaciones se le llama usuario final, y este ve al sistema informático en términos de aplicaciones.

Las aplicaciones se construyen con un lenguaje de programación y son desarrolladas por programadores de aplicaciones. Los programas de sistemas se denominan utilidades e implementan funciones muy utilizadas que ayudan a la creación de los programas. El programa de sistemas más importante es el sistema operativo. El sistema operativo oculta al programador los detalles del hardware y le proporciona una interfaz cómoda para utilizar el sistema. Actúa como mediador, facilitándole al programador y a los programas de aplicación el acceso y uso de todas esas características y servicios.

Servicios Proporcionados por el Sistema Operativo

Un sistema operativo ofrece servicios en las áreas siguientes:

• Creación de programas: El sistema operativo ofrece una variedad de características y servicios, tales como los editores y los depuradores (debuggers), para ayudar al programador en la creación de programas.
• Ejecución de programas: Para ejecutar un programa se necesita un cierto número de tareas. Las instrucciones y los datos se deben cargar en la memoria principal, los archivos y los dispositivos de E/S se deben inicializar y se deben preparar otros recursos.
• Acceso a los dispositivos de E/S: Cada dispositivo de E/S requiere un conjunto propio y peculiar de instrucciones o de señales de control para su funcionamiento.
• Acceso controlado a los archivos: En el caso de los archivos, el control debe incluir una comprensión, no solo de la naturaleza del dispositivo de E/S (controlador de disco, controlador de cinta) sino del formato de los archivos y del medio de almacenamiento.
• Acceso al sistema: En el caso de un sistema compartido o público, el sistema operativo controla el acceso al sistema como un todo y a los recursos específicos del sistema.
• Detección y respuesta a errores: Cuando un sistema informático está en funcionamiento pueden producirse varios errores. Entre estos se incluyen los errores internos y externos del hardware (tales como los errores de memoria, fallos o mal funcionamiento de dispositivos) y distintos tipos de errores de software (como el desbordamiento aritmético, el intento de acceder a una posición prohibida de memoria y la incapacidad del sistema operativo para satisfacer la solicitud de una aplicación).
• Contabilidad: Un buen sistema operativo debe recoger estadísticas de utilización de los diversos recursos y supervisar los parámetros de rendimiento, tales como el tiempo de respuesta.

El Sistema Operativo como Administrador de Recursos

Administrando los recursos del computador, el sistema operativo tiene el control sobre las funciones básicas del mismo.

• El sistema operativo funciona de la misma manera que el software normal de un computador, es decir, es un programa ejecutado por el procesador.
• El sistema operativo abandona con frecuencia el control y debe depender del procesador para recuperarlo.

El sistema operativo cede el control al procesador para hacer algún trabajo «útil» y luego lo retoma durante el tiempo suficiente para preparar al procesador para llevar a cabo la siguiente parte del trabajo.

Facilidad de Evolución de un Sistema Operativo

La capacidad de evolución es crucial para la longevidad y adaptabilidad de un sistema operativo. Los factores clave que impulsan esta evolución incluyen:

• Actualizaciones del hardware y nuevos tipos de hardware: (Nota: La arquitectura del SO debe permitir la integración fluida de nuevos componentes y tecnologías de hardware.)
• Nuevos servicios: Como respuesta a las demandas del usuario o a las necesidades de los administradores del sistema, el sistema operativo ampliará su oferta de servicios.
• Correcciones: Desafortunadamente, el sistema operativo tiene fallos que se descubrirán con el curso del tiempo y que es necesario corregir. Por supuesto, estas correcciones pueden introducir nuevos fallos a su vez y así sucesivamente.

Evolución Histórica de los Sistemas Operativos

Para intentar comprender los requisitos básicos de un sistema operativo y el significado de las características principales de un sistema operativo contemporáneo, resulta útil considerar cómo han evolucionado los sistemas operativos a lo largo de los años.

Proceso en Serie (Finales de los 40 a Mediados de los 50)

En los primeros computadores, de finales de los 40 hasta mediados de los 50, el programador interactuaba directamente con el hardware; no había sistema operativo. La operación con estas máquinas se efectuaba desde una consola consistente en unos indicadores luminosos, unos conmutadores, algún tipo de dispositivo de entrada y una impresora. Los programas en código máquina se cargaban a través del dispositivo de entrada (un lector de tarjetas, por ejemplo).

Si el programa se detenía por un error, la condición de error se indicaba mediante los indicadores luminosos. El programador podía examinar los registros y la memoria principal para determinar la causa del error. Si el programa continuaba hasta su culminación normal, la salida aparecería en la impresora.

Problemas Principales de los Primeros Sistemas

• Planificación: La mayoría de las instalaciones empleaban un formulario de reserva de tiempo de máquina.
• Tiempo de preparación: Desmontar y montar cintas o preparar paquetes de tarjetas.

Sistemas Sencillos de Proceso por Lotes (Batch)

El primer sistema operativo por lotes fue desarrollado a mediados de los 50 por la General Motors para usar en un IBM 701. La idea central detrás del esquema sencillo de proceso por lotes es el uso de un elemento de software conocido como monitor.

Los usuarios ya no tenían acceso directo a la máquina. En su lugar, el usuario debía entregar los trabajos en tarjetas o en cinta al operador del computador, quien agrupaba secuencialmente los trabajos por lotes y ubicaba los lotes enteros en un dispositivo de entrada para su empleo por parte del monitor.

Sistemas por Lotes con Multiprogramación

Aun con el secuenciamiento automático de los trabajos ofrecido por un sistema operativo sencillo por lotes, el procesador está desocupado a menudo. El problema es que los dispositivos de E/S son lentos comparados con el procesador.

Sistemas de Tiempo Compartido

Al igual que la multiprogramación permite al procesador manejar varias tareas por lotes al mismo tiempo, la multiprogramación puede también utilizarse para manejar varias tareas interactivas. En este último caso, la técnica se conoce como tiempo compartido, porque refleja el hecho de que el tiempo del procesador es compartido entre los diversos usuarios.