Resumen: Sistemas operativos y gestión

📋 Esquema del Curso

1. Concepto y clasificación de sistemas operativos
2. Evolución histórica del hardware y software
3. Explotación y tipos de sistemas operativos
4. Sistemas distribuidos y clusters
5. Licencias de sistemas operativos
6. Estructura y servicios del sistema operativo
7. Procesos y estados de ejecución
8. Hebras y multiproceso
9. Planificación y sincronización de procesos
10. Gestión de memoria y memoria virtual
11. Gestión de memoria
12. Gestión de periféricos
13. Archivos y sistemas de archivos
14. Tablas de particiones MBR y GPT
15. Sistemas de numeración y conversiones
16. Representación y codificación de datos

📖 1. Concepto y clasificación de sistemas operativos

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Sistema operativo: Conjunto de programas que gestiona el hardware y el software del ordenador y ofrece al usuario una forma de comunicarse con él.

★ Imprescindible

• El sistema operativo gestiona los recursos hardware y proporciona la base para crear y ejecutar software de aplicación, haciendo transparente el hardware mediante una interfaz.

📌 Un sistema operativo monousuario pone los recursos hardware y software a disposición de un único usuario en un ordenador, mientras que uno multiusuario permite que varios usuarios utilicen recursos de un mismo ordenador.

Complementos

• Los sistemas multiusuario requieren controlar el orden y la prioridad de usuarios y programas, además de gestionar la seguridad de acceso a recursos como la impresión.

📌 En un sistema multiusuario sobre mainframe, los usuarios acceden desde varios teclados y monitores y el servidor asigna tiempo de CPU; en un sistema sobre ordenadores personales, estos ejecutan los procesos y se coordinan con software cliente y servidor.

💡 Truco mnemotécnico

Monousuario: un usuario; multiusuario: varios usuarios comparten recursos.

📖 2. Evolución histórica del hardware y software

★ Imprescindible

• Los primeros sistemas operativos eran monolíticos y no modificables, mientras que los actuales se describen como abiertos, segmentados y organizados por niveles funcionales.

• La primera generación de ordenadores, de 1945 a 1955, empleó válvulas de vacío y lenguaje máquina; la segunda, de 1956 a 1965, introdujo transistores y procesamiento por lotes.

• La tercera generación, de 1966 a 1980, incorporó circuitos integrados y multiproceso; la cuarta, desde 1981 hasta la actualidad, se caracteriza por la miniaturización, las memorias de semiconductores y una interfaz más sencilla.

Complementos

• El concepto de máquina virtual emula el hardware como si fuera exclusivo para un proceso.

• Charles Babbage se asocia con la idea Entrada → Proceso → Salida, y George Boole con la lógica AND, OR y NOT.

💡 Truco mnemotécnico

Válvulas → transistores → circuitos integrados → miniaturización.

📖 3. Explotación y tipos de sistemas operativos

★ Imprescindible

📌 La explotación es la forma en que los usuarios utilizan el hardware y el software; en un sistema monousuario los procesos se ejecutan uno tras otro, mientras que en uno multiusuario comparten recursos y reciben tiempos de CPU.

📌 El procesamiento por lotes carga datos, los procesa y obtiene resultados, mientras que el procesamiento en tiempo real ofrece una respuesta inmediata durante la interacción del usuario.

• La clasificación distingue:
  • Monousuario y multiusuario
  • Monotarea y multitarea
  • Monoprocesador y multiprocesador

📌 En el multiproceso asimétrico, un procesador maestro distribuye la carga a los procesadores esclavos; en el simétrico, los procesos o sus hebras pueden enviarse a cualquiera de los procesadores disponibles.

Complementos

• Los estados mencionados son:
  • Ejecutándose
  • Preparado
  • Bloqueado

📌 En tiempo real, el tiempo de CPU se asigna exclusivamente al proceso; en tiempo compartido, se reparte entre los procesos y cada uno obtiene respuesta cuando le corresponde.

💡 Truco mnemotécnico

Monotarea ejecuta un proceso; multitarea reparte recursos entre varios.

📖 4. Sistemas distribuidos y clusters

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Sistema distribuido: Colección de equipos físicamente separados y conectados por una red, cuyos componentes permiten que el usuario perciba un único sistema y acceda a recursos remotos como si fueran locales.
• Escalabilidad: Capacidad de ampliar un sistema distribuido añadiendo equipos, desde decenas de hosts en una red local hasta miles o millones en Internet.

★ Imprescindible

• Los sistemas distribuidos permiten aumentar la potencia combinando equipos y ofrecen tolerancia a fallos cuando otro componente puede reemplazar al que se avería.

📌 Un cluster conecta equipos generalmente ubicados en una misma red local y puede mantener el servicio si falla un equipo, mientras que los equipos de un grid suelen estar distribuidos por todo el mundo.

Complementos

• La computación distribuida, también denominada grid en el texto, permite abordar problemas demasiado grandes para una supercomputadora o un mainframe y distribuir el trabajo entre equipos.

📌 La computación de ciclos redundantes distribuye trabajo desde uno o varios servidores a ordenadores voluntarios que ceden capacidad de procesamiento no utilizada, como en SETI@Home.

💡 Truco mnemotécnico

El grid distribuye equipos; el cluster reúne equipos en una misma red local.

📖 5. Licencias de sistemas operativos

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Licencia OEM: Se concede al fabricante de hardware y permite usar el sistema operativo únicamente en el hardware específico con el que se suministra.
• Licencia retail: Se compra directamente al desarrollador y puede instalarse en hardware compatible, cederse o revenderse; normalmente permite usarla en una sola máquina a la vez.
• Licencia por volumen: Permite utilizar varias máquinas con una única clave y puede contratarse para cantidades de usos concurrentes como 25 o 50.

📝 Puntos esenciales

📌 Una licencia retail puede ser completa o de actualización, que permite actualizar un sistema anterior por un coste algo menor.

📌 Las licencias educativas de Microsoft solo pueden utilizarse para actividades educativas y de formación, y destinarlas a actividades ajenas a ese ámbito es ilegal.

📖 6. Estructura y servicios del sistema operativo

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Servicio: Programa que normalmente se ejecuta en segundo plano y proporciona funciones para utilizar recursos del sistema operativo; en entornos UNIX se denomina daemon o demonio.

★ Imprescindible

• Las capas del sistema operativo se comunican con sus niveles superior e inferior y organizan funciones como la gestión del procesador, la memoria, los procesos, los dispositivos y la información.

• El nivel 1 gestiona el procesador y las prioridades de ejecución, el nivel 2 gestiona la memoria, y el nivel 3 inicia, detiene y finaliza procesos.

• El nivel 4 gestiona dispositivos de almacenamiento y periféricos de entrada y salida, mientras que el nivel 5 gestiona archivos, directorios y la interfaz de comandos o gráfica.

Complementos

• 🔄 La consulta del directorio sigue estos pasos:

  1. La orden solicita información al gestor de archivos.
  2. El gestor pide al nivel de gestión de disco leer el directorio.
  3. El controlador accede al disco.
  4. La información se envía al monitor.

• Los servicios se usan para:

  • Controlar el acceso a dispositivos de entrada y salida
  • Controlar el acceso seguro a archivos e información
  • Controlar y solucionar errores de hardware
  • Proporcionar información estadística, de seguridad y registro

💡 Truco mnemotécnico

Procesador → memoria → procesos → dispositivos → información.

📖 7. Procesos y estados de ejecución

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Proceso: Programa que se está ejecutando y que debe cargarse en memoria y recibir los recursos que necesita.

★ Imprescindible

📌 Los procesos de usuario se ejecutan en modo restringido para acceder al hardware, mientras que los procesos de sistema se ejecutan en modo privilegiado sin esas restricciones.

• El bloque de control del proceso contiene:

  • Identificador PID
  • Estado actual
  • Prioridad
  • Ubicación en memoria
  • Recursos asignados

• Al iniciar un programa, el cargador crea su bloque de control y PID, le asigna prioridad base y recursos, lo registra en la tabla de procesos, lo carga en memoria y lo deja preparado en la cola de espera de la CPU.

Complementos

• El planificador elige un proceso preparado según el orden de llegada y las prioridades, puede ajustar dinámicamente las prioridades por espera y solicita el cambio de contexto para ejecutarlo.

📌 En un sistema de una sola CPU solo un proceso está en ejecución; los demás pueden estar preparados o bloqueados, y el tiempo de CPU asignado a cada proceso se denomina quantum.

💡 Truco mnemotécnico

Preparado → ejecución → bloqueado o finalización; el quantum limita cada turno.

📖 8. Hebras y multiproceso

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Hebra: Punto de ejecución dentro de un proceso que puede ejecutarse simultáneamente en un sistema multiprocesador o de forma conmutada en uno con un solo procesador.

★ Imprescindible

📌 Las hebras de un mismo proceso comparten memoria y datos, y el proceso es propietario de los recursos que utilizan sus hebras.

Complementos

• Las hebras reducen la sobrecarga del cambio de contexto y pueden mejorar el rendimiento y la velocidad de las aplicaciones; el texto atribuye a Intel una mejora aproximada del 30%.

• El bloqueo de una hebra puede bloquear el proceso y sus demás hebras, por lo que la planificación debe considerar que comparten memoria y datos.

📌 El hyper-threading divide un núcleo físico en dos núcleos lógicos o virtuales y, según el texto, busca un mayor rendimiento efectivo aunque con menor rendimiento computacional.

💡 Truco mnemotécnico

Las hebras comparten recursos de un proceso; los procesos tienen recursos propios.

📖 9. Planificación y sincronización de procesos

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Cambio de contexto: Conjunto de operaciones de guardar y cargar información para pasar un proceso preparado a ejecución.

★ Imprescindible

📌 Round-robin asigna el mismo tiempo de ejecución a los procesos por turnos; FCFS asigna ciclos de CPU según el orden de llegada en una cola FIFO.

📌 STR mantiene la preferencia del proceso en ejecución cuando llega otro y, al terminar, elige entre los preparados el que tenga menor tiempo de ejecución; SRTF compara continuamente el tiempo restante y elige el menor.

• La solución para una región crítica debe garantizar:
  • Exclusión mutua
  • Progreso
  • Espera acotada

Complementos

📌 El cambio de contexto parcial ocurre entre hebras de un mismo proceso y conserva los recursos, mientras que el completo ocurre entre procesos o hebras distintos.

• Los objetivos de planificación incluyen:
  • Eficacia en el uso del procesador
  • Rendimiento o procesos completados por unidad de tiempo
  • Tiempo de espera de un proceso
  • Tiempo de respuesta de un evento

💡 Truco mnemotécnico

FCFS: First Come, First Serve; atiende por orden de llegada.

📖 10. Gestión de memoria y memoria virtual

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Memoria virtual: Permite mantener en memoria solo la parte del programa que debe ejecutarse y conservar el resto en disco, simulando que el espacio disponible en disco es memoria RAM.

★ Imprescindible

• El administrador de memoria registra las zonas en uso, reserva espacio para procesos nuevos, libera la memoria de los finalizados e intercambia datos entre memoria y disco.

📌 Las particiones fijas pueden desperdiciar memoria por fragmentación interna o externa, y las particiones variables mantienen registros de zonas libres y ocupadas, aunque todavía pueden sufrir fragmentación externa.

Complementos

📌 La gestión de memoria puede desplazar procesos de memoria central al disco o prescindir de ese desplazamiento; la multitarea requiere mantener varios procesos en memoria.

• La paginación permite que un proceso utilice memoria no contigua y requiere gestionar una tabla de páginas, cuyo tamaño y tiempo de asignación son cuestiones relevantes.

• El texto indica que Microsoft recomienda asignar a la memoria virtual entre dos y cinco veces el tamaño de la memoria RAM y que el archivo pagefile.sys se ubica en la raíz del sistema.

💡 Truco mnemotécnico

Memoria insuficiente → páginas en disco → posible ralentización.

📖 11. Gestión de memoria

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Memoria virtual: Mantiene en RAM solo las páginas del programa que se ejecutan y conserva el resto en disco.
• Paginación: Divide la memoria RAM en marcos iguales y los programas en páginas del mismo tamaño, que pueden ubicarse en marcos no contiguos.

★ Imprescindible

• En el intercambio de memoria, un proceso poco utilizado se vuelca desde la memoria física a una zona exclusiva de intercambio en disco y vuelve a RAM cuando se necesita.

📌 La segmentación divide la memoria en bloques de tamaño variable que se ajustan a las necesidades del proceso, mientras que la paginación utiliza bloques iguales.

Complementos

• El texto indica que Microsoft recomienda para la memoria virtual un tamaño de entre 2 y 5 veces la memoria RAM y que, para configurar manualmente el archivo de paginación de Windows 10, sugiere un tamaño inicial de 1,5 veces la RAM física.

• Linux y Unix recomiendan habitualmente para la zona de intercambio el 20 % del disco o el doble de la memoria, el valor que sea mayor.

💡 Truco mnemotécnico

La paginación usa bloques iguales; la segmentación usa bloques variables.

📖 12. Gestión de periféricos

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Controlador: Un pequeño software que traduce entre el periférico y el ordenador para que ambos se entiendan.

★ Imprescindible

• Los periféricos se clasifican según manejen información por bloques o por caracteres; el teclado, el monitor y la impresora son ejemplos de dispositivos por caracteres.

Complementos

• Según su función, los dispositivos físicos se clasifican en:

  • soportes de almacenamiento
  • interfaces
  • soportes de transmisión

• Las interfaces pueden ser de tipo texto o de tipo gráfico basado en ventanas y píxeles.

• La resolución de una pantalla se expresa mediante líneas horizontales y el modo de exploración: entrelazado (i) o progresivo (p).

📖 13. Archivos y sistemas de archivos

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Sistema de archivos: Una estructura que permite almacenar, modificar y recuperar información en una partición.
• Grupo de asignación: La unidad mínima de almacenamiento de un archivo en una partición, formada por uno o varios sectores contiguos.

★ Imprescindible

• Para trabajar con una partición es necesario asignarle previamente un sistema de archivos, operación denominada formateo.

Complementos

• El texto relaciona FAT con DOS, FAT32 con Windows 98, NTFS con Windows NT, HPFS con OS/2, EXT3 con Linux y HFS+ o UFS con Mac.

📌 FAT utiliza una tabla para seguir los grupos de cada archivo, mientras que HPFS organiza los datos mediante bandas distribuidas por la partición y no usa grupos.

• Según el texto, FAT16 limita las particiones a 2 GB y usa entradas de 16 bits, mientras que FAT32 permite particiones de hasta 2 TB.

• NTFS permite grupos desde 512 bytes, archivos de hasta unos 16 TB y volúmenes de hasta 256 TB.

📖 14. Tablas de particiones MBR y GPT

★ Imprescindible

• MBR almacena la información sobre las particiones lógicas en un solo lugar, mientras que GPT distribuye copias de esa información por las particiones.

• El texto atribuye a MBR un límite de 2 TB y un máximo de cuatro particiones por disco, frente a un máximo de 128 particiones para GPT.

Complementos

📌 Para arrancar desde una partición GPT, el texto exige Windows Vista, 7, 8/8.1 o 10 de 64 bits y una BIOS UEFI; también indica que Windows 10 y 8/8.1 de 32 bits requieren UEFI.

💡 Truco mnemotécnico

MBR concentra la información; GPT distribuye copias.

📖 15. Sistemas de numeración y conversiones

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Sistema de numeración: Un conjunto de símbolos y reglas usados para representar cantidades o datos numéricos.

★ Imprescindible

• El sistema binario utiliza 0 y 1, y cada uno de esos dígitos, llamado bit, es la unidad más pequeña de información posible.

• Para convertir un número decimal a base 2, 8 o 16, se divide sucesivamente por la base hasta obtener un cociente menor que ella.

Complementos

• El sistema hexadecimal es de base 16, utiliza los dígitos del 0 al 9 y las letras A, B, C, D, E y F; cada símbolo puede representar una combinación de 4 bits.

• Para convertir directamente un número octal o hexadecimal a binario, se reemplaza cada símbolo por grupos de 3 o 4 bits, respectivamente.

📖 16. Representación y codificación de datos

★ Imprescindible

📌 La coma fija representa números enteros suponiendo el punto decimal a la derecha de los bits, mientras que la coma flotante representa números reales y enteros con un rango mayor.

• La notación científica de coma flotante representa un número como una mantisa multiplicada por una base elevada a un exponente.

Complementos

• En binario puro se emplea una combinación de 32 bits y el bit de la izquierda representa el signo: 0 para positivo y 1 para negativo.

• En el decimal desempaquetado, cada cifra ocupa un byte; el último byte usa su cuarteto izquierdo para el signo, con 1100 para positivo y 1101 para negativo.

📌 En el decimal empaquetado, cada cifra ocupa un cuarteto y el último cuarteto representa el signo, con 1100 para positivo y 1101 para negativo.

• Los sistemas de codificación alfanumérica citados y sus bits por símbolo son:
  • ASCII: 8 bits
  • EBCDIC: 8 bits
  • FIELDATA: 6 bits
  • UNICODE: 16 bits

💡 Truco mnemotécnico

La coma fija representa enteros; la flotante permite un rango mayor.

📊 Tablas de síntesis

Modalidades de multiproceso