Estructura de un sistema operativo

Operaciones del sistema operativo.

Los sistemas operativos están controlados mediante interrupciones, de manera tal que si no hay ningún proceso que ejecutar, ningún dispositivo al que dar servicio y ningún usuario al que responder, un sistema operativo debe permanecer inactivo.

Esta situación podríamos compararlas con la 3ª Ley de Newton. Ley de acción y reacción. Si no ejerce ninguna fuerza sobre un cuerpo (en este caso una ejecución hacia el sistema) el cuerpo permanecerá en reposo.

Cuando dicha acción sea ejecutada por orden del usuario o algún dispositivo, el sistema buscara el segmento de código responsable de dar respuesta a este mandato y lo ejecutara, dando una respuesta a la misma.

Como los sistemas operativos comparten recursos del hardware y el software al desarrollar un sistema operativo, este debe de ser segmentado por decirlo de alguna forma, esto para asegurar que si un programa da un error, este error solo pueda afectar al mismo programa, evitando provocar daños al sistema operativo completo, debido a esto cada programa funciona de manera casi individual. Así evita que todo el sistema colapse por el error de algún programa.

Gestión de procesos

Enviar datos de salida a una impresora es un proceso,

Un Proceso es una unidad de trabajo en un sistema. Cada sistema consta de una colección de procesos, siendo algunos de ellos procesos del sistema operativo (aquellos que ejecutan código).

Gestionando los procesos

A modo de gestionar el sistema va gestionando varios procesos al mismo tiempo según se necesite o se solicite, por ejemplo: si en un sistema operativo tenemos un fragmento de código que nos borra la memoria cache cada vez que esta se vea llena, otro fragmento de código que busca en un fichero X un archivo con el nombre N, otro que cuenta el tiempo que se tiene usando el dispositivo y otro que nos apaga el dispositivo cuando el usuario lo solicite. El sistema operativo estará revisando constantemente y ejecutando estos fragmentos de código cuando se le solicite o cuando se cumpla la condición para que este fragmento de código se deba ejecutar.

El sistema operativo es responsable de las siguientes actividades en lo que se refiere a la gestión de proceso.

Crear y borrar los procesos de usuario y del sistemas
suspender y reanudad los procesos
proporciona mecanismos para la comunicación entre procesos
proporciona mecanismos para tratamiento de interbloqueos

Gestión de memoria

La gestión de la memoria es de vital importancia en los sistemas operativos, la memoria es un repositorio de datos de rápido acceso, compartida por la CPU y los periféricos de entrada y salida (E/S)

El procesador Central lee las instrucciones de la memoria principal durante la extracción de los datos y también lee y escribe datos en esta

La gestión de la memoria es de vital importancia en un sistema operativo y debe ser bien gestionada para un mejor funcionamiento del sistema.

Por ejemplo:

Cuando la CPU procesa datos de un disco duro, dichos datos deben ser transferidos en primer lugar a la memoria principal mediante entrada y salida generadas por la CPU.

Al Momento en que la CPU ejecute una orden esta debe de estar en la memoria.

Para que un programa pueda ejecutar, debe de estar asignado a direcciones absolutas y cargado en la memoria.

Mientras un programa se está ejecutando este hace uso de la memoria, accede a las instrucciones y a los datos de la memoria generando dichas direcciones, finalmente, el programa termina, el espacio que este ocupaba en la memoria se declara disponible y otro programa puede hacer uso de este espacio.

Notas: la memoria siempre está revisando si tiene espacio disponible para ejecutar otro programa.

El sistema operativo es responsable de las siguientes actividades en lo que se refiere a la gestión de memoria:

Controlar que partes de la memoria están actualmente en uso y por quien.
Decidir qué datos y procesos (o partes de procesos) añadir o extraer de la memoria.
Asignar y liberar la asignación de espacio de memoria según sea necesario.

Gestión de almacenamiento

La gestión de almacenamiento es igual de importante que otros procesos del sistema operativo, este consiste en almacenar la información (Archivos, Datos), donde están estos almacenados, en que formato, el orden de almacenamiento, entre otros.

El sistema de almacenamiento se encarga de gestionar estos medios de almacenamiento.

Ejemplo: si el archivo X está abierto, este sistema se encarga de saber quién lo está usando y en que método, así si otra persona lo intenta usar mientras está en ejecución esta solo podría visualizar, pero no podría modificar.

En la gestión de sistema de Archivo, el sistema operativo se encarga de lo siguiente:

Creación y borrado de archivo.
Creación y borrado de directorios para organizar los archivos.
Soporte de primitivas para manipular archivos y directorios.
Asignación de archivo a los dispositivos de almacenamiento secundario.
Copia de seguridad de los archivos en medios de almacenamiento estable (no volátiles).

Almacenamiento masivo

Nota: los datos de los programas se almacenan en el disco duro, hasta que estos se cargan a la memoria y luego usan el disco como origen y destino de su procesamiento (se toma un dato, se modifica, y esta modificación se guarda en el disco nuevamente, sobre escribiendo la anterior)

Responsable de:

Gestionar el espacio libre en el disco
Asignación del espacio de Almacenamiento
Planificación del disco

Almacenamiento en Cache

Para una mejor gestión de almacenamiento es conveniente que el sistema operativo haga buen uso de la memoria cache, cuando se necesita una información, es conveniente que se busque primero en la memoria cache la cual es una memoria más rápida, si no se encuentra en esta, se acude a la memoria principal, y al obtener dicha información se deja una copia en la memoria cache, entendiéndose que pronto será necesario recurrir a dicha información nuevamente.

Esto agiliza la velocidad de los procesos a nivel de almacenamiento y ayuda a gestionar mejor el espacio disponible.

Protección y seguridad

El hardware de direccionamiento de memoria. Asegura que un proceso solo se pueda ejecutar dentro de su propio espacio de memoria
Temporizador, asegura que ningún proceso pueda obtener control de la CPU sin después ceder el control, los usuarios no pueden acceder a los registros de control, por lo que la integridad de los diversos dispositivos periféricos está protegida.
Distinción entre el uso autorizado y no autorizado.
Autorización de acceso al sistemas (algunos usuarios pueden leer y escribir archivos, otros solo leer)
Cortafuegos y antivirus

Sistemas distribuidos

Es una colección de computadoras físicamente separadas, pero conectadas en red para proporcionar a los usuarios acceso a los diversos recursos que el sistema mantiene.

Sistema de acceso a archivos, como un servidor de archivos

Redes LAN, WAN.

Sistema de propósitos generales

A diferencia de una PC (en cualquiera de sus diversos formatos), los sistemas embebidos se diseñan para satisfacer una función específica (reloj digital, reproductor de MP3, teléfono celular, router, sistema de control de automóvil –ECU– o de satélite o de planta nuclear, etc.)

Un sistema embebido es un sistema electrónico contenido (“embebido”) dentro de un equipo completo que incluye otras partes (mecánicas, electromecánicas, etc.)

El diseño de un sistema embebido usualmente se orienta a: