Conceptos de sistemas operativos para Oposiciones TAI: Guía Completa

Conceptos de Sistemas Operativos

Un Sistema Operativo (SO) es el software encargado de administrar los recursos del hardware y proporcionar servicios a las aplicaciones, actuando como intermediario entre ambos.

Su finalidad es facilitar el uso del ordenador, optimizar el aprovechamiento de los recursos y garantizar un funcionamiento seguro y estable.

Objetivos de un Sistema Operativo

Los principales objetivos de un sistema operativo son:

• Comodidad: facilitar el uso del hardware a usuarios y desarrolladores.
• Eficiencia: administrar correctamente CPU, memoria y dispositivos.
• Evolución: permitir la incorporación de nuevas funciones y actualizaciones sin afectar al funcionamiento del sistema.

Funciones principales

Un sistema operativo realiza, entre otras, las siguientes funciones:

• Controlar la ejecución de procesos.
• Gestionar la memoria principal.
• Administrar los dispositivos de Entrada/Salida (E/S).
• Gestionar el sistema de archivos.
• Controlar usuarios y permisos.
• Coordinar el acceso a los recursos del sistema.

Evolución histórica

Sistemas por lotes (Batch)

• Década de 1950.
• Los trabajos se agrupaban en lotes.
• No existía interacción con el usuario.
• Gran tiempo de espera debido a operaciones de E/S.

Multiprogramación

Permite mantener varios procesos cargados simultáneamente en memoria.

Cuando un proceso espera una operación de E/S, otro utiliza la CPU.

Objetivo principal:

• Maximizar la utilización del procesador.

Tiempo compartido (Time Sharing)

Evolución de la multiprogramación.

Características:

• Varios usuarios utilizan el sistema simultáneamente.
• La CPU reparte pequeños intervalos de tiempo (quantum).
• Se obtiene una sensación de ejecución simultánea.

Sistemas distribuidos

Conjunto de equipos conectados mediante una red que funcionan como un único sistema.

Ventajas:

• Compartición de recursos.
• Balanceo de carga.
• Tolerancia a fallos.

Sistemas modernos

Actualmente predominan sistemas:

• Multiprocesador.
• Arquitecturas de 64 bits.
• Virtualización integrada.
• Compatibilidad con la nube.
• Adaptación a dispositivos móviles e IoT.

Características principales

Arquitectura del Sistema Operativo

Componentes principales

• Kernel (Núcleo): controla directamente el hardware.
• Shell: interfaz entre usuario y sistema.
• Espacio de usuario: ejecución de aplicaciones.
• Espacio de núcleo: ejecución del kernel y drivers.
• Llamadas al sistema (System Calls): mecanismo de comunicación entre aplicaciones y núcleo.

Gestión de procesos

Conceptos fundamentales

• Proceso: programa en ejecución.
• Hilo (Thread): unidad mínima de ejecución dentro de un proceso.

Estados de un proceso

• Nuevo.
• Listo.
• Ejecución.
• Bloqueado.
• Terminado.

Planificación (Scheduling)

El planificador decide qué proceso obtiene la CPU.

Puede ser:

• Apropiativa (Preemptive).
• No apropiativa (Cooperativa).

Cambio de contexto (Context Switch)

Consiste en guardar el estado del proceso actual y restaurar el del siguiente proceso.

Sincronización

Permite coordinar procesos concurrentes mediante:

• Semáforos.
• Mutex.
• Variables de condición.

También evita:

• Condiciones de carrera.
• Deadlocks (interbloqueos).

Gestión de memoria

Los principales conceptos son:

• RAM: memoria principal.
• Memoria virtual: amplía la memoria utilizando almacenamiento secundario.
• Paginación: divide memoria en páginas.
• Segmentación: divide la memoria según la estructura lógica del programa.
• Swap: espacio del disco utilizado cuando la RAM resulta insuficiente.

Sistemas de archivos

Un sistema de archivos organiza la información almacenada en discos.

Conceptos

• Directorios.
• Archivos.
• Inodos (Linux).

Sistemas de archivos más utilizados

Gestión de dispositivos

El sistema operativo administra los periféricos mediante:

• Drivers (Controladores).
• Entrada/Salida (E/S).
• Interrupciones.
• DMA (Acceso Directo a Memoria).

Funciones principales

• Detectar dispositivos.
• Controlar la comunicación.
• Optimizar las transferencias de datos.

Seguridad

La seguridad del sistema operativo se basa en:

• Usuarios.
• Permisos.
• ACL (Listas de Control de Acceso).
• Auditoría.

Permisos clásicos de Linux

• Lectura (r)
• Escritura (w)
• Ejecución (x)

Tendencias actuales

Las tecnologías más relevantes son:

• Virtualización.
• Contenedores.
• Computación en la nube.
• Automatización.
• Inteligencia Artificial aplicada al sistema operativo.

Tipos de hipervisores

Contenedores

Comparten el kernel del sistema anfitrión.

Ejemplos:

• Docker.
• Podman.

Ventajas de un Sistema Operativo moderno

• Mejor aprovechamiento del hardware.
• Seguridad.
• Estabilidad.
• Administración eficiente de recursos.
• Compatibilidad con múltiples aplicaciones.
• Soporte para virtualización y nube.

Errores habituales

• Confundir proceso con hilo.
• Pensar que multitarea implica multiprocesador.
• Confundir memoria virtual con memoria RAM.
• No distinguir kernel de shell.
• Pensar que los drivers forman parte del hardware.

Cómo evitarlos

• Diferenciar claramente procesos e hilos.
• Comprender la arquitectura del sistema.
• Estudiar la gestión de memoria.
• Practicar con sistemas Windows y Linux.

Relaciones con otros temas

Los sistemas operativos están estrechamente relacionados con:

• Arquitectura de computadores.
• Redes.
• Sistemas de almacenamiento.
• Virtualización.
• Seguridad informática.
• Administración de servidores.
• Computación en la nube.