Conceptos de los sistemas operativos
La mayoría de los sistemas operativos proporcionan ciertos conceptos básicos y abstracciones tales como procesos, espacios de direcciones y archivos, que son la base para comprender su funcionamiento.
ENTRADA/SALIDA
Todas las computadoras tienen dispositivos físicos para adquirir entrada y producir salida. Después de todo, ¿qué tendría de bueno una computadora si los usuarios no pudieran indicarle qué debe hacer y no pudieran obtener los resultados una vez que realizara el trabajo solicitado? Existen muchos tipos de dispositivos de entrada y de salida, incluyendo teclados, monitores, impresoras, etcétera. Es responsabilidad del sistema operativo administrar estos dispositivos.
PROTECCIÓN
Sólo para tener una idea de cómo puede funcionar la seguridad, considere el sistema operativo UNIX. Los archivos en UNIX están protegidos debido a que cada uno recibe un código de protección binario de 9 bits. El código de protección consiste en tres campos de 3 bits, uno para el propietario, uno para los demás miembros del grupo del propietario (el administrador del sistema divide a los usuarios en grupos) y uno para todos los demás. Cada campo tiene un bit para el acceso de lectura, un bit para el acceso de escritura y un bit para el acceso de ejecución. Estos 3 bits se conocen como los bits rwx.
EL SHELL
El shell tiene la terminal como entrada estándar y salida estándar. Empieza por escribir el indicador de comandos (prompt), un carácter tal como un signo de dólar, que indica al usuario que el shell está esperando aceptar un comando.
Aunque no forma parte del sistema operativo, utiliza con frecuencia muchas características del mismo y, por ende, sirve como un buen ejemplo de la forma en que se pueden utilizar las llamadas al sistema. También es la interfaz principal entre un usuario sentado en su terminal y el sistema operativo, a menos que el usuario esté usando una interfaz gráfica de usuario.
El sistema operativo es el código que lleva a cabo las llamadas al sistema. Los editores, compiladores, ensambladores, enlazadores e intérpretes de comandos en definitiva no forman parte del sistema operativo, aun cuando son importantes y útiles.
LA ONTOGENIA RECAPITULA LA FILOGENIA
Después de que se publicó el libro de Charles Darwin titulado El origen de las especies, el zoólogo alemán Ernst Haeckel declaró que “la ontogenia recapitula la filogenia”. Lo que quiso decir fue que el desarrollo de un embrión (ontogenia) repite (es decir, recapitula) la evolución de las especies (filogenia). En otras palabras, después de la fertilización un óvulo humano pasa a través de las etapas de ser un pez, un cerdo y así en lo sucesivo, hasta convertirse en un bebé humano. Los biólogos modernos consideran esto como una simplificación burda, pero aún así tiene cierto grado de verdad.
MEMORIA VIRTUAL
La memoria virtual (que se describe en el capítulo 3) proporciona la habilidad de ejecutar programas más extensos que la memoria física de la computadora, llevando y trayendo pedazos entre la RAM y el disco. Pasó por un desarrollo similar, ya que apareció primero en las mainframes, después avanzó a las minis y a las micros. La memoria virtual también permitió la capacidad de ligar dinámicamente un programa a una biblioteca en tiempo de ejecución, en vez de compilarlo.
DISCOS
Las primeras mainframes estaban en su mayor parte basadas en cinta magnética. Leían un programa de la cinta, lo compilaban, lo ejecutaban y escribían los resultados de vuelta en otra cinta. No había discos ni un concepto sobre el sistema de archivos. Eso empezó a cambiar cuando IBM introdujo el primer disco duro: el RAMAC (RAndoM Access, Acceso aleatorio) en 1956.
HARDWARE DE PROTECCION
Las primeras mainframes (como la IBM 7090/7094) no tenían hardware de protección, por lo que sólo ejecutaban un programa a la vez. Un programa con muchos errores podía acabar con el sistema operativo y hacer que la máquina fallara con facilidad.
MEMORIA EXTENSA
Las primeras mainframes tenían memoria limitada. Una IBM 7090 o 7094 completamente equipada, que fungió como rey de la montaña desde finales de 1959 hasta 1964, tenía cerca de 128 KB de memoria. En su mayor parte se programaba en lenguaje ensamblador y su sistema operativo estaba escrito en lenguaje ensamblador también para ahorrar la valiosa memoria.
ARCHIVOS
Para especificar cada archivo dentro de la jerarquía de directorio, se proporciona su nombre de ruta de la parte superior de la jerarquía de directorios, el directorio raíz. Dichos nombres de ruta absolutos consisten de la lista de directorios que deben recorrerse desde el directorio raíz para llegar al archivo, y se utilizan barras diagonales para separar los componentes. En la figura 1-14, la ruta para el archivo CS101 es /Docentes/Prof.Brown/Cursos/CS101.
Para proveer un lugar en donde se puedan mantener los archivos, la mayoría de los sistemas operativos tienen el concepto de un directorio como una manera de agrupar archivos.
Otro concepto clave de casi todos los sistemas operativos es el sistema de archivos. Como se dijo antes, una de las funciones principales del sistema operativo es ocultar las peculiaridades de los discos y demás dispositivos de E/S, presentando al programador un modelo abstracto limpio y agradable de archivos independientes del dispositivo.
ESPACIOS DE DIRECCIONES
En muchas computadoras las direcciones son de 32 o 64 bits, con lo cual se obtiene un espacio de direcciones de 232 o 264 bytes, respectivamente. ¿Qué ocurre si un proceso tiene más espacio de direcciones que la memoria principal de la computadora, y desea usarlo todo? En las primeras computadoras, dicho proceso simplemente no podía hacer esto.
PROCESOS
Un proceso es en esencia un programa en ejecución. Cada proceso tiene asociado un espacio de direcciones, una lista de ubicaciones de memoria que va desde algún mínimo (generalmente 0) hasta cierto valor máximo, donde el proceso puede leer y escribir información.
