1.1 Definicin y concepto de sistema operativoEl conjunto deprogramas informticosque permite laadministracin eficaz de los recursosde unacomputadoraes conocido comosistema operativoosoftwaredesistema. Estos programas comienzan a trabajar apenas se enciende el equipo, ya que gestionan elhardwaredesde los niveles ms bsicos y permiten adems la interaccin con el usuario.

Un sistema operativo es un conjunto de programas o software, destinado a permitir la comunicacin entre el usuario y la mquina de forma cmoda y eficiente; se encarga de gestionar los recursos delordenador, esto incluye la gestin del hardware desde los niveles ms bsicos.Concepto de sistema operativoUnsistema operativoes unprogramaque forman parte delsoftwarebsico de un dispositivo informtico y que se utiliza paragestionar elhardwarey posibilita el funcionamiento de determinadasaplicaciones.

El sistema operativo se encarga transmitir informacin entre los programas de aplicacin y los recursos fsicos (como los dispositivos perifricos). El tipo de sistema operativo condiciona el uso de las aplicaciones, debido a que muchas de ellas requieren el uso de un determinado sistema operativo.

1.2.- Funciones y caractersticas del sistema operativoEl sistema operativo cumple varias funciones: Administracin delprocesador: el sistema operativo administra la distribucin del procesador entre los distintos programas por medio de un algoritmo de programacin. El tipo de programador depende completamente del sistema operativo, segn el objetivo deseado. Gestin de lamemoria de acceso aleatorio: el sistema operativo se encarga de gestionar el espacio de memoria asignado para cada aplicacin y para cada usuario, si resulta pertinente. Cuando la memoria fsica es insuficiente, el sistema operativo puede crear una zona de memoria en el disco duro, denominada "memoria virtual". La memoria virtual permite ejecutar aplicaciones que requieren una memoria superior a la memoria RAM disponible en el sistema. Sin embargo, esta memoria es mucho ms lenta. Gestin de entradas/salidas: el sistema operativo permite unificar y controlar el acceso de los programas a los recursos materiales a travs de los drivers (tambin conocidos como administradores perifricos o de entrada/salida). Gestin de ejecucin de aplicaciones: el sistema operativo se encarga de que las aplicaciones se ejecuten sin problemas asignndoles los recursos que stas necesitan para funcionar. Esto significa que si una aplicacin no responde correctamente puede "sucumbir". Administracin de autorizaciones: el sistema operativo se encarga de la seguridad en relacin con la ejecucin de programas garantizando que los recursos sean utilizados slo por programas y usuarios que posean las autorizaciones correspondientes. Gestin de archivos: el sistema operativo gestiona la lectura y escritura en elsistema de archivos, y las autorizaciones de acceso a archivos de aplicaciones y usuarios. Gestin de la informacin: el sistema operativo proporciona cierta cantidad de indicadores que pueden utilizarse para diagnosticar el funcionamiento correcto del equipo.Caractersticas del sistema operativoEn general, se puede decir que un Sistema Operativo tiene las siguientes caracteristicas:Conveniencia. Un Sistema Operativo hace ms conveniente el uso de una computadora.Eficiencia. Un Sistema Operativo permite que los recursos de la computadora se usen de la manera ms eficiente posible.Habilidad para evolucionar. Un Sistema Operativo deber construirse de manera que permita el desarrollo, prueba o introduccin efectiva de nuevas funciones del sistema sin interferir con el servicio.Encargado de administrar el hardware. El Sistema Operativo se encarga de manejar de una mejor manera los recursos de la computadora en cuanto a hardware se refiere, esto es, asignar a cada proceso una parte del procesador para poder compartir los recursos.Relacionar dispositivos (gestionar a traves del kernel). El Sistema Operativo se debe encargar de comunicar a los dispositivos perifericos, cuando el usuario asi lo requiera.

Organizar datos para acceso rapido y seguro.Manejar las comunicaciones en red. El Sistema Operativo permite al usuario manejar con alta facilidad todo lo referente a la instalacin y uso de las redes de computadoras.

Procesamiento por bytes de flujo a travs del bus de datos.Facilitar las entradas y salidas. Un Sistema Operativo debe hacerle fcil al usuario el acceso y manejo de los dispositivos de Entrada/Salida de la computadora. Tcnicas de recuperacin de errores.Evita que otros usuarios interfieran. El Sistema Operativo evita que los usuarios se bloqueen entre ellos, informndoles si esa aplicacin esta siendo ocupada por otro usuario. Generacin de estadsticas.Permite que se puedan compartir el hardware y los datos entre los usuarios.

El software de aplicacin son programas que se utilizan para disear, tal como el procesador de palabras, lenguajes de programacin, hojas de clculo, etc.El software de base sirve para interactuar el usuario con la mquina, son un conjunto de programas que facilitan el ambiente plataforma, y permite el diseo del mismo.1.3 EVOLUCION HISTORICAPara tratar de comprender los requisitos de un Sistema Operativo y el significado de las principales caractersticas de un Sistema Operativo contemporneo, es til considerar como han ido evolucionando estos con el tiempo.Existen diferentes enfoques o versiones de cmo han ido evolucionando los Sistemas Operativos La primera de estas versiones podra ser esta:En los 40's, se introducen los programas bit a bit, por medio de interruptores mecnicos y despus se introdujo el lenguaje mquina que trabajaba por tarjetas perforadas.Con las primeras computadoras, desde finales de los aos 40 hasta la mitad de los aos 50, el programador interactuaba de manera directa con el hardware de la computadora, no exista realmente un Sistema Operativo; las primeras computadoras utilizaban bulbos, la entrada de datos y los programas se realizaban a travs del lenguaje maquina (bits) o a travs de interruptores.Durante los aos 50's y 60's.- A principio de los 50's, la compaa General's Motors implanto el primer sistema operativo para su IBM 170. Empiezan a surgir las tarjetas perforadas las cuales permiten que los usuarios (que en ese tiempo eran programadores, diseadores, capturistas, etc.), se encarguen de modificar sus programas. Establecan o apartaban tiempo, metan o introducan sus programas, corregan y depuraban sus programas en su tiempo. A esto se le llamaba trabajo en serie. Todo esto se traduca en prdida de tiempo y tiempos de programas excesivos.En los aos 60's y 70's se genera el circuito integrado, se organizan los trabajos y se generan los procesos Batch (por lotes), lo cual consiste en determinar los trabajos comunes y realizarlos todos juntos de una sola vez. En esta poca surgen las unidades de cinta y el cargador de programas, el cual se considera como el primer tipo de Sistema Operativo.En los 80's, inicio el auge de la INTERNET en los Estados Unidos de Amrica. A finales de los aos 80's comienza el gran auge y evolucin de los Sistemas Operativos. Se descubre el concepto de multiprogramacin que consiste en tener cargados en memoria a varios trabajos al mismo tiempo, tema principal de los Sistemas Operativos actuales.

Los 90's y el futuro, entramos a la era de la computacin distribuida y del multiprocesamiento a travs de mltiples redes de computadoras, aprovechando el ciclo del procesador.Se tendr una configuracin dinmica con un reconocimiento inmediato de dispositivos y software que se aada o elimine de las redes a travs de procesos de registro y localizadores.La conectividad se facilita gracias a estndares y protocolos de sistemas abiertos por organizaciones como la Organizacin Internacional de normas, fundacin de software abierto, todo estar ms controlado por los protocolos de comunicacin OSI y por la red de servicios digital ISDN. Se ha desarrollado otra versin, la cual se ha hecho en base a etapas o generaciones:1a. Etapa (1945-1955): Bulbos y conexiones.

Despues de los infructuosos esfuerzos de Babbage, hubo poco progreso en la construccin de las computadoras digitales, hasta la Segunda Guerra Mundial. A mitad de la dcada de los 40's, Howard Aiken (Harvard), John Von Newman (Instituto de Estudios Avanzados, Princeton), J. Prespe R. Eckert y Williams Mauchley (Universidad de Pennsylvania), asi como Conrad Zuse (Alemania), entre otros lograron construir maquinas de calculo mediante bulbos. Estas maquinas eran enormes y llenaban cuartos completos con decenas de miles de bulbos, pero eran mucho mas lentas que la computadora casera mas economica en nuestros dias.Toda la programacion se llevaba a cabo en lenguaje de maquina absoluto y con frecuencia se utilizaban conexiones para controlar las funciones basicas de la maquina. Los lenguajes de programacion eran desconocidos (incluso el lenguaje ensamblador). No se oia de los Sistemas Operativos el modo usual de operacion consistia en que el programador reservaba cierto periodo en una hoja de reservacion pegada a la pared, iba al cuarto de la maquina, insertaba su conexion a la computadora y pasaba unas horas esperando que ninguno de los 20,000 o mas bulbos se quemara durante la ejecucion. La inmensa mayoria de los problemas eran calculos numericos directos, por ejemplo, el calculo de valores para tablas de senos y cosenos.A principio de la decada de los 50's la rutina mejoro un poco con la introduccion de las tarjetas perforadas. Fue entonces posible escribir los programas y leerlas en vez de insertar conexiones, por lo demas el proceso era el mismo.2a. Etapa. (1955-1965): Transistores y Sistemas de Procesamiento por lotes.

La introduccion del transistor a mediados de los aos 50's modifico en forma radical el panorama. Las computadoras se volvieron confiables de forma que podian fabricarse y venderse a clientes, con la esperanza de que ellas continuaran funcionando lo suficiente como para realizar un trabajo en forma.Dado el alto costo del equipo, no debe sorprender el hecho de que las personas buscaron en forma por demas rapidas vias para reducir el tiempo invertido. La solucion que, por lo general se adopto, fue la del sistema de procesamiento por lotes.3ra Etapa (1965-1980): Circuitos integrados y multiprogramacion.

La 360 de IBM fue la primera linea principal de computadoras que utilizo los circuitos integrados, lo que proporciono una gran ventaja en el precio y desempeno con respecto a las maquinas de la segunda generacion, construidas a partir de transistores individuales. Se trabajo con un sistema operativo enorme y extraordinariamente complejo. A pesar de su enorme tamano y sus problemas el sistema operativo de la linea IBM 360 y los sistemas operativos similares de esta generacion producidos por otros fabricantes de computadoras realmente pudieron satisfacer, en forma razonable a la mayoria de sus clientes. Tambien popularizaron varias tecnicas fundamentales, ausentes de los sistemas operativos de la segunda generacion, de las cuales la mas importante era la de multiprogramacion.

Otra caracteristica era la capacidad de leer trabajos de las tarjetas al disco, tan pronto como llegara al cuarto de computo. Asi, siempre que concluyera un trabajo el sistema operativo podia cargar un nuevo trabajo del disco en la particion que quedara desocupada y ejecutarlo.4ta Etapa (1980-Actualidad): Computadoras personales.Un interesante desarrollo que comenzo a llevarse a cabo a mediados de la decada de los ochenta ha sido el crecimiento de las redes de computadoras personales, con sistemas operativos de red y sistemas operativos distribuidos.En los sistemas operativos de red, los usuarios estn conscientes de la existencia de varias computadoras y pueden conectarse con mquinas remotas y copiar archivos de una maquina a otra. Cada mquina ejecuta su propio sistema operativo local y tiene su propio usuario.Por el contrario, un sistema operativo distribuido es aquel que aparece ante sus usuarios como un sistema tradicional de un solo procesador, aun cuando esta compuesto por varios procesadores. En un sistema distribuido verdadero, los usuarios no deben ser conscientes del lugar donde su programa se ejecute o de lugar donde se encuentren sus archivos; eso debe ser manejado en forma automtica y eficaz por el sistema operativo.

1.4.- Clasificacin de los sistemas operativos

Con el paso de los tiempos los sistemas operativos fueron cambiando de muchas maneras, por ejemplo:

Sistemas Operativos de multitarea:con este sistema operativo es que la computadora procesa diferentes tareas al mismo tiempo. Existen varios tipos de multitareas.Estos sistemasSe distinguen por sus habilidades para poder soportar la ejecucin de dos o ms trabajos activos (que se estn ejecutado) al mismo tiempo. Esto trae como resultado que la Unidad Central de Procesamiento (UCP) siempre tenga alguna tarea que ejecutar, aprovechando al mximo su utilizacin.

Los sistemas operativos que soportan estas multitareas son: UNIX, Windows 95, Windows 98, Windows NT, MAC-OS, OS/2.

Sistema Operativo Monotareas:los sistemas operativos monotareas son ms primitivos y es todo lo contrario a los de multitareas es decir, solo pueden manejar un proceso en cada momento o que solo puede ejecutar las tareas de una en una. Por ejemplo cuando la computadora est imprimiendo un documento, no puede iniciar otro proceso ni responder a nuevas instrucciones hasta que se termine la impresin.El sistema operativo que soporta el monotareases DOS.

Sistema Operativo Monousuario:Los sistemas monousuarios son aquellos que nada ms puede atender a un solo usuario, gracias a las limitaciones creadas por el hardware, los programas o el tipo de aplicacin que se est ejecutando. Estos tipos de sistemas son muy simples, porque todos los dispositivos de entrada, salida y control dependen de la tarea que se est utilizando, esto quiere decir, que las instrucciones que se dan, son procesadas de inmediato; ya que existe un solo usuarios. Los sistemas operativos que soportan el monousuario son DOSeinclusoenelactual Windows XP y sus predecesores.

Sistema Operativo Multiusuario:Es todo lo contrario a monousuario; y en esta categora se encuentran todos los sistemas que cumplen simultneamente las necesidades de dos o ms usuarios, que comparten mismos recursos. Este tipo de sistemas se emplean especialmente en redes.Los sistemas operativos que soportan el multiusuario son con el Linux, Windows 2003 y sus predecesores.

Sistemas Operativos por lotes:Con este sistema operativoprocesan una gran cantidad de trabajos con poca o ninguna interaccin entre los usuarios y los programas en ejecucin. Se renen todos los trabajos comunes para realizarlos al mismo tiempo, evitando la espera de dos o ms trabajos como sucede en el procesamiento en serie.Estos sistemas,pueden tener un tiempo de ejecucin muy alto, porque el procesador es mejor utilizado y los Sistemas Operativos pueden ser simples, debido a la secuenciabilidad de la ejecucin de los trabajos.Los sistemas operativos que soportan por lotesson el SCOPE, del DC6600,y el EXEC II para el UNIVAC 1107.

Sistemas Operativos de tiempo real:este sistema operativode tiempo real son aquellos en los cuales no tiene importancia el usuario, sino los procesos. Por lo general, estn subutilizados sus recursos con la finalidad de prestar atencin a los procesos en el momento que lo requieran. se utilizan en entornos donde son procesados un gran nmero de sucesos o eventos.Los sistemas operativos que soportan el tiempo real sonVxWorks, Solaris, Lyns OS y Spectra.

Sistemas Operativos de tiempo compartido:estos sistemasPermiten la simulacin de que el sistema y sus recursos son todos para cada usuario. El usuario hace una peticin a la computadora, esta la procesa tan pronto como le es posible, y la respuesta aparecer en la terminal del usuario. Los principales recursos del sistema, el procesador, la memoria, dispositivos de E/S, son continuamente utilizados entre los diversos usuarios, dando a cada usuario la ilusin de que tiene el sistema dedicado para s mismo.Los sistemas operativos que soportan el tiempo compartido sonMultics, OS/360 y DEC-10.

Sistemas Operativos distribuidos:Este sistema operativo permite distribuir trabajos, tareas o procesosentre un conjunto de procesadores. Puede ser que este conjunto de procesadores est en un equipo o en diferentes, en este caso es trasparente para el usuario. Existen dos esquemas bsicos de stos. Un sistema fuertemente acoplado es a aquel que comparte la memoria y un reloj global, cuyos tiempos de acceso son similares para todos los procesadores. En un sistema dbilmente acoplado los procesadores no comparten ni memoria ni reloj, ya que cada uno cuenta con su memoria local.

Sistemas Operativos de red:Los sistemas operativos de red son aquellosque mantienen a dos o ms computadoras unidas a travs de algn medio de comunicacin (fsico o no), con el objetivo primordial de poder compartir los diferentes recursos y la informacin del sistema. El primer Sistema Operativo de red estaba enfocado a equipos con un procesador Motorola 68000, pasando posteriormente a procesadores Intel como Novell Netware.Los sistemas operativosms utilizados que soportan la red sonNovell Netware, Personal Netware, LAN Manager, Windows NT Server, UNIX, LANtastic.

Sistemas Operativos paralelos:En estos tipos de Sistemas Operativos se pretende que cuando existan dos o ms procesos que compitan por algn recurso se puedan realizar o ejecutar al mismo tiempo. En UNIX existe tambin la posibilidad de ejecutar programas sin tener que atenderlos en forma interactiva, simulando paralelismo. As, en lugar de esperar a que el proceso termine de ejecutarse, regresa a atender al usuario inmediatamente. Los sistemas operativos que soportan a los paralelos son Alpha, PVM, la serie AIX, que es utilizado en los sistemas RS/6000 de IBM.

1.5.- Estructuras niveles o estratos de diseo

Internamente los sistemas operativos estructuralmente de se clasifican segn como se hayan organizado intrnamente en su diseo, por esto la clasificacin ms comn de los S.O. son: Sistemas monolticos:En estos sistemas operativos se escriben como un conjunto de procedimientos, cada uno de los cuales puede llamar a cualquiera de los otros siempre que lo necesite. Cuando se emplea esta tcnica, cada procedimiento del sistema tiene una interfaz bien definida en trminos de parmetros y resultados, y cada una tiene la libertad de llamar a cualquiera otra, si la ltima ofrece algn clculo til que la primera necesite.Para construir el programa objeto real del sistema operativo cuando se usa este mtodo, se compilan todos los procedimientos individuales a archivos que contienen los procedimientos y despus se combinan todos en un solo archivo objeto con el enlazador.

En trminos de ocultamiento de informacin, esencialmente no existe ninguno; todo procedimiento es visible para todos (al contrario de una estructura que contiene mdulos o paquetes, en los cuales mucha informacin es local a un mdulo y slo pueden llamar puntos de registro designados oficialmente del exterior del mdulo)Esta organizacin sugiere una estructura bsica del sistema operativo:1.- Un programa central que invoque el procedimiento de servicio solicitado (Shell o Kernel)2.- Un conjunto de procedimientos de servicios que realice las llamadas al sistema.3.- Un conjunto de procedimientos de uso general que ayude a los procedimientos de servicio Sistemas en estratos:Estos sistemas operativos se organizan como una jerarqua de estratos, cada uno construido arriba del que est debajo de l. El primer sistema construido en esta forma fuel el sistema THE que se fabric en Technische Hogeschool Eindhoven de Holanda por E. W Dijkstra (1968) y sus alumnos. El sistema THE era un sistema de lote para una computadora alemana, la Electrolgica X8, que tena 32K de palabras de 27 bits ( los bits eran costosos en aquellos das)El sistema tena 6 estratos, estos se muestran en la siguiente tabla:5Operador de THE

4Programas del usuario

3Administracin de Entrada/Salida

2Comunicacin entre el operador y el proceso

1Administracin de la memoria y el tambor magntico

0Distribucin del procesador y multiprogramacin

- El estrato 0 trabajaba con la distribucin del procesador, cambiando entre procesos cuando ocurran interrupciones o los relojes expiraban. Sobre el estrato 0, el sistema constaba de procesos secuenciales, cada uno de los cuales poda programarse sin tener que preocuparse por el hecho de que mltiples procesos estuvieran corriendo en un solo procesador. En otras palabras, el estarto 0 ofreca la multiprogramacin bsica de la CPU.El estrato 1 realizaba el manejo de memoria. Este distribua espacio para procesos contenidos en la memoria central y en un tambor de 512K palabras que se usaba para contener partes de procesos (pginas) para las cuales no haba espacio en la memoria central. Sobre el estrato 1, los procesos no tena que preocuparse de si estaban en la memoria o en el tambor; el software del estrato 1 se haca cargo de asegurar que las pginas se trajeran a la memoria siempre que se necesitaran.El estrato 2 manejaba la comunicacin entre cada proceso y la consola de operador.El estrato 3 se haca cargo de manejar los dispositivos de E/S y de separar la informacin en flujo que entraba y sal de ellos. Sobre el estrato 3 cada proceso poda trabajar con dispositivos de E/S abstractos con propiedades agradables, en vez de dispositivos reales con muchas peculiaridadesEl estrato 4 era donde se encontraban los programas de los usuarios. No tenan que preocuparse por el manejo de los procesos, memoria, consola o E/S. El proceso operador del sistema se localizaba en el estrato 5. Estructuras de diseos de sistemas operativos.Estructura modular. Tambin llamados sistemas monolticos. Este tipo de organizacin es con mucho la ms comn; bien podra recibir el subttulo de "el gran embrollo". La estructura consiste en que no existe estructura alguna. El sistema operativo se escribe como una coleccin de procedimientos, cada uno de los cuales puede llamar a los dems cada vez que as lo requiera. Cuando se usa esta tcnica, cada procedimiento del sistema tiene una interfaz bien definida en trminos de parmetros y resultados y cada uno de ellos es libre de llamar a cualquier otro, si este ltimo proporciona cierto clculo til para el primero. Sin embargo incluso en este tipo de sistemas es posible tener al menos algo de estructura. Los servicios (llamadas al sistema) que proporciona el sistema operativo se solicitan colocando los parmetros en lugares bien definidos, como en los registros o en la pila, para despus ejecutar una instruccin especial de trampa de nombre "llamada al ncleo" o "llamada al supervisor".Esta instruccin cambia la mquina del modo usuario al modo ncleo y transfiere el control al sistema operativo, lo que se muestra en el evento (1) de la figura 1. El sistema operativo examina entonces los parmetros de la llamada, para determinar cul de ellas se desea realizar, como se muestra en el evento (2) de la figura 1. A continuacin, el sistema operativo analiza una tabla que contiene en la entrada k un apuntador al procedimiento que realiza la k-esima llamada al sistema. Esta operacin que se muestra en (3) de la figura 1, identifica el procedimiento de servicio, al cual se llama. Por ltimo, la llamada al sistema termina y el control regresa al programa del usuario.Figura 1. La forma en que debe hacerse una llamada al sistema: (1) el programa del usuario es atrado hacia el ncleo. (2) el sistema operativo determina el nmero del servicio solicitado. (3) el sistema operativo localiza y llama al procedimiento correspondiente al servicio. (4) el control regresa al programa del usuario.Esta organizacin sugiere una organizacin bsica del sistema operativo:1.- un programa principal que llama al procedimiento del servicio solicitado.2.- un conjunto de procedimientos de servicio que llevan a cabo las llamadas al sistema.3.- un conjunto de procedimientos utilitarios que ayudan al procedimiento de servicio.En este modelo, para cada llamada al sistema existe un procedimiento de servicio que se encarga de l. Los procedimientos utilitarios hacen cosas necesarias para varios procedimientos de servicio, por ejemplo buscar los datos de los programas del usuario.Estructura por microkernel. Las funciones centrales de un SO son controladas por el ncleo (kernel) mientras que la interfaz del usuario es controlada por el entorno (shell). Por ejemplo, la parte ms importante del DOS es un programa con el nombre "COMMAND.COM" Este programa tiene dos partes. El kernel, que se mantiene en memoria en todo momento, contiene el cdigo mquina de bajo nivel para manejar la administracin de hardware para otros programas que necesitan estos servicios, y para la segunda parte del COMMAND.COM el shell, el cual es el interprete de comandosLas funciones de bajo nivel del SO y las funciones de interpretacin de comandos estn separadas, de tal forma que puedes mantener el kernel DOS corriendo, pero utilizar una interfaz de usuario diferente. Esto es exactamente lo que sucede cuando cargas Microsoft Windows, el cual toma el lugar del shell, reemplazando la interfaz de lnea de comandos con una interfaz grfica del usuario. Existen muchos "shells" diferentes en el mercado, ejemplo: NDOS (Norton DOS), XTG, PCTOOLS, o inclusive el mismo SO MS-DOS a partir de la versin 5.0 incluy un Shell llamado DOS SHELL. Estructura por anillos concntricos (capas).El sistema por "capas" consiste en organizar el sistema operativo como una jerarqua de capas, cada una construida sobre la inmediata inferior. El primer sistema construido de esta manera fue el sistema THE (Technische Hogeschool Eindhoven), desarrollado en Holanda por E. W. Dijkstra (1968) y sus estudiantes.El sistema tenia 6 capas, como se muestra en la figura 3. La capa 0 trabaja con la asignacin del procesador y alterna entre los procesos cuando ocurren las interrupciones o expiran los cronmetros. Sobre la capa 0, el sistema consta de procesos secunciales, cada uno de los cuales se podra programar sin importar que varios procesos estuvieran ejecutndose en el mismo procesador, la capa 0 proporcionaba la multiprogramacin bsica de la CPU.La capa 1 realizaba la administracin de la memoria. Asignaba el espacio de memoria principal para los procesos y un recipiente de palabras de 512K se utilizaba para almacenar partes de los procesos (pginas) para las que no exista lugar en la memoria principal. Por encima de la capa 1, los procesos no deban preocuparse si estaban en la memoria o en el recipiente; el software de la capa 1 se encargaba de garantizar que las pginas llegaran a la memoria cuando fueran necesarias.La capa 2 se encargaba de la comunicacin entre cada proceso y la consola del operador. Por encima de esta capa, cada proceso tiene su propia consola de operador.La capa 3 controla los dispositivos de E/S y guarda en almacenes (buffers) los flujos de informacin entre ellos. Por encima de la capa 3, cada proceso puede trabajar con dispositivos exactos de E/S con propiedades adecuadas, en vez de dispositivos reales con muchas peculiaridades. La capa 4 es donde estaban los programas del usuario, estos no tenan que preocuparse por el proceso, memoria, consola o control de E/S. el proceso operador del sistema se localizaba en la capa 5Una generalizacin ms avanzada del concepto de capas se present en el sistema MULTICS. En lugar de capas, MULTICS estaba organizado como una serie de anillos concntricos, siendo los anillos interiores los privilegiados. Cuando un procedimiento de un anillo exterior deseaba llamar a un procedimiento de un anillo interior, debi hacer el equivalente a una llamada al sistema. Mientras que el esquema de capas de THE era en realidad un apoyo al diseo, debido a que todas las partes del sistema estaban ligadas entre si en un solo programa objeto, en MULTICS, el mecanismo de anillos estaba mas presente durante el tiempo de ejecucin y era reforzado por el hardware. La ventaja del mecanismo de anillos es su facilidad de extensin para estructurar subsistemas del usuario.

5El operador

4Programas del usuario

3Control de entrada/salida

2Comunicacin operador-proceso

1Administracin de la memoria y del disco

0Asignacin del procesador y multiprogramacin

Figura 3. Estructura del sistema operativo THE.

Estructura cliente servidorUna tendencia de los sistemas operativos modernos es la de explotar la idea de mover el cdigo a capas superiores y eliminar la mayor parte posible del sistema operativo para mantener un ncleo mnimo. El punto de vista usual es el de implantar la mayora de las funciones del sistema operativo en los procesos del usuario. Para solicitar un servicio, como la lectura de un bloque de cierto archivo, un proceso del usuario (denominado proceso cliente) enva la solicitud a un proceso servidor, que realiza entonces el trabajo y regresa la respuesta. En este modelo, que se muestra en la figura 4, lo nico que hace el ncleo es controlar la comunicacin entre los clientes y los servidores. Al separar el sistema operativo en partes, cada una de ellas controla una faceta del sistema, como el servicio a archivos, servicios a procesos, servicio a terminales o servicio a la memoria, cada parte es pequea y controlable. Adems como todos los servidores se ejecutan como procesos en modo usuario y no en modo ncleo, no tienen acceso directo al hardware. En consecuencia si hay un error en el servidor de archivos, ste puede fallar, pero esto no afectar en general a toda la mquina.

Sistemas Operativos por su Estructura (Visin Interna).Segn, se deben observar dos tipos de requisitos cuando se construye un sistema operativo, los cuales son:Requisitos de usuario: Sistema fcil de usar y de aprender, seguro, rpido y adecuado al uso al que se le quiere destinar.Requisitos del software: Donde se engloban aspectos como el mantenimiento, forma de operacin, restricciones de uso, eficiencia, tolerancia frente a los errores y flexibilidad.A continuacin se describen las distintas estructuras que presentan los actuales sistemas operativos para satisfacer las necesidades que de ellos se quieren obtener.Estructura Monoltica. Es la estructura de los primeros sistemas operativos constituidos fundamentalmente por un solo programa compuesto de un conjunto de rutinas entrelazadas de tal forma que cada una puede llamar a cualquier otra. Las caractersticas fundamentales de este tipo de estructura son:Construccin del programa final a base de mdulos compilados separadamente que se unen a travs del ligador.Buena definicin de parmetros de enlace entre las distintas rutinas existentes, que puede provocar mucho acoplamiento.Carecen de protecciones y privilegios al entrar a rutinas que manejan diferentes aspectos de los recursos de la computadora, como memoria, disco, etc.Generalmente estn hechos a medida, por lo que son eficientes y rpidos en su ejecucin y gestin, pero por lo mismo carecen de flexibilidad para soportar diferentes ambientes de trabajo o tipos de aplicaciones.Estructura Jerrquica. A medida que fueron creciendo las necesidades de los usuarios y se perfeccionaron los sistemas, se hizo necesaria una mayor organizacin del software, del sistema operativo, donde una parte del sistema contena subpartes y esto organizado en forma de niveles.Se dividi el sistema operativo en pequeas partes, de tal forma que cada una de ellas estuviera perfectamente definida y con un claro interface con el resto de elementos.Se constituy una estructura jerrquica o de niveles en los sistemas operativos, el primero de los cuales fue denominado THE (Technische Hogeschool, Eindhoven), de Dijkstra, que se utiliz con fines didcticos. Se puede pensar tambin en estos sistemas como si fueran `multicapa'. Multics y Unix caen en esa categora.En la estructura anterior se basan prcticamente la mayora de los sistemas operativos actuales. Otra forma de ver este tipo de sistema es la denominada de anillos concntricos o "rings".En el sistema de anillos, cada uno tiene una apertura, conocida como puerta o trampa (trap), por donde pueden entrar las llamadas de las capas inferiores. De esta forma, las zonas ms internas del sistema operativo o ncleo del sistema estarn ms protegidas de accesos indeseados desde las capas ms externas. Las capas ms internas sern, por tanto, ms privilegiadas que las externas.Mquina Virtual. Se trata de un tipo de sistemas operativos que presentan una interface a cada proceso, mostrando una mquina que parece idntica a la mquina real subyacente. Estos sistemas operativos separan dos conceptos que suelen estar unidos en el resto de sistemas: la multiprogramacin y la mquina extendida. El objetivo de los sistemas operativos de mquina virtual es el de integrar distintos sistemas operativos dando la sensacin de ser varias mquinas diferentes.El ncleo de estos sistemas operativos se denomina monitor virtual y tiene como misin llevar a cabo la multiprogramacin, presentando a los niveles superiores tantas mquinas virtuales como se soliciten. Estas mquinas virtuales no son mquinas extendidas, sino una rplica de la mquina real, de manera que en cada una de ellas se pueda ejecutar un sistema operativo diferente, que ser el que ofrezca la mquina extendida al usuario Cliente-Servidor (Microkernel). El tipo ms reciente de sistemas operativos es el denominado Cliente-servidor, que puede ser ejecutado en la mayora de las computadoras, ya sean grandes o pequeas.Este sistema sirve para toda clase de aplicaciones por tanto, es de propsito general y cumple con las mismas actividades que los sistemas operativos convencionales.El ncleo tiene como misin establecer la comunicacin entre los clientes y los servidores. Los procesos pueden ser tanto servidores como clientes. Por ejemplo, un programa de aplicacin normal es un cliente que llama al servidor correspondiente para acceder a un archivo o realizar una operacin de entrada/salida sobre un dispositivo concreto. A su vez, un proceso cliente puede actuar como servidor para otro." [Alcal92]. Este paradigma ofrece gran flexibilidad en cuanto a los servicios posibles en el sistema final, ya que el ncleo provee solamente funciones muy bsicas de memoria, entrada/salida, archivos y procesos, dejando a los servidores proveer la mayora que el usuario final o programador puede usar. Estos servidores deben tener mecanismos de seguridad y proteccin que, a su vez, sern filtrados por el ncleo que controla el hardware. Actualmente se est trabajando en una versin de UNIX que contempla en su diseo este paradigma.

1.6.- Ncleo

El ncleo o kernel se divide en 5 capas o niveles:Nivel 1. Gestin de Memoria: Proporciona las facilidades de bajo nivel para la gestin de memoria secundaria necesaria para la ejecucin de procesos.Nivel 2. Procesador:Se encarga de activar los cuantums de tiempo para cada uno de los procesos, creando interrupciones de hardware cuando no son respetadas.Nivel 3. Entrada/Salida:Proporciona las facilidades para poder utilizar los dispositivos de E/S requeridos por los procesos.Nivel 4. Informacin o Aplicacin o Intrprete de Lenguajes:Facilita la comunicacin con los lenguajes y el sistema operativo para aceptar las rdenes en cada una de las aplicaciones. Ejecutando un programa el software de este nivel crea el ambiente de trabajo e invoca a los procesos correspondientes.Nivel 5. Control de Archivos:Proporciona la facilidad para el almacenamiento a largo plazo y manipulacin de archivos con nombre, va asignando espacio y acceso de datos en memoria.El ncleo o kernel realiza diferentes funciones tales como: Manejo de interrupciones. Creacin y destruccin de procesos. Cambio de estado de los procesos. Despacho Suspensin y reanudacin de procesos. Sincronizacin de procesos. Comunicacin entre procesos. Manipulacin de los bloques de control de procesos. Apoyo para las actividades de entrada/salida. Apoyo para asignacin y liberacin de memoria. Apoyo para el sistema de archivos. Apoyo para el mecanismo de llamada y retorno de un procedimiento. Apoyo para ciertas funciones de contabilidad del sistema.El ncleo y los procesosUna definicin ms especfica de lo que es el ncleo ( Kernel ) de un sistema operativo es: un conjunto de rutinas cuya misin es la de gestionar el procesador, la memoria, la entrada/salida y el resto de procesos disponibles en la instalacin. Toda esta gestin la realiza para atender al funcionamiento y peticiones de los trabajos que se ejecutan en el sistema.El esquema general de la gestin del procesador, es el siguiente: Definicin y concepto de proceso. El Bloque de Control de Proceso (PCB) como imagen donde el sistema operativo ve el estado del proceso. Estados por los que pasa un proceso a lo largo de su existencia en la computadora. Operaciones que se pueden realizar sobre un proceso. Clasificacin de los procesos segn su forma de ejecucin, de carga, etc.Por proceso debe entenderse: un programa en ejecucin junto con el entorno asociado (registros, variables, etc.).