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Un sistema operativo
(SO) es el programa o conjunto de programas que efectúan la gestión
de los procesos básicos de un sistema informático, y permite la
normal ejecución del resto de las operaciones.
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 y todo tipo de herramientas que permiten la interacción
con el sistema operativo, también llamado núcleo o kernel. Uno de
los más prominentes ejemplos de esta diferencia, es el núcleo Linux,
que es el núcleo del sistema operativo GNU, del cual existen las
llamadas distribuciones GNU. 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 computadores2 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 pioneros4 de dicha
modernización, cuando los Amiga, fueron bautizados con el
sobrenombre de Video Toasters5 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).
Perspectiva Histórica
Los primeros sistemas (1945-1960) eran grandes máquinas operadas
desde la consola maestra por los programadores. Durante la década
siguiente (1950-1960) 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 80, 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.
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
Fichas en lenguaje de procesamiento por lotes, con programa y datos,
para ejecución secuencial.
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 buffers con el siguiente funcionamiento:
Un programa escribe su salida en un área de memoria (buffer 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.
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