Fundamentos de Sistemas Operativos: Arquitectura, Clasificación y Virtualización

Arquitectura y Componentes Fundamentales de los Sistemas Operativos (SO)

Un Sistema Operativo (SO) es el conjunto de programas (software) más importante del ordenador. Gestiona el hardware y las aplicaciones, asignando recursos y controlando el uso de la CPU para evitar que ningún proceso la monopolice.

Evolución del SO

Los sistemas operativos han avanzado a la par del hardware, el cual se ha vuelto progresivamente más pequeño, económico, potente y eficiente.

Subsistemas Internos del SO

Estos componentes son esenciales para el funcionamiento interno del sistema:

• Núcleo (Kernel): Coordina el procesador, las interrupciones y las prioridades.
• Gestión de Procesos: Controla los programas en ejecución.
• Gestión de Memoria: Decide dónde guardar la información activa.
• Gestión de E/S (Entrada/Salida): Comunica el SO con los dispositivos físicos.
• Sistema de Archivos: Organiza y permite el acceso a los datos almacenados.
• Sistema de Protección: Controla permisos y seguridad.
• Sistema de Comunicaciones: Gestiona las redes (TCP/IP, etc.).

Subsistemas Externos (Interfaces de Usuario)

• Intérprete de Comandos: Permite ejecutar órdenes mediante texto (CLI).
• Interfaz Gráfica (GUI): Entorno visual, el más usado actualmente.
• Interfaz Natural (NUI): Permite interactuar con voz o lenguaje natural (ej. asistentes virtuales).

Clasificación de Sistemas Operativos y Tipos de Licencias

A continuación, se detallan los criterios para clasificar los sistemas operativos, los tipos de licencias y las diferentes distribuciones existentes. También se comparan las licencias comerciales o privativas con el movimiento open source, incluyendo las licencias de la FSF y GNU.

Clasificación por Arquitectura

• Arquitecturas Tradicionales: Monolítica, por capas, jerárquica o modular, con o sin microkernel.
• Arquitecturas Virtualizadas: Usadas comúnmente en entornos modernos de servidores y nube.
• Dispositivos Específicos: Los dispositivos móviles y del IoT (Internet de las Cosas) utilizan versiones adaptadas de sistemas operativos optimizados para su hardware.

Clasificación por Servicios

• Multiusuario: Permite que varios usuarios o dispositivos (personas, sensores, IoT) utilicen el sistema simultáneamente.
• Multitarea: Ejecuta varios procesos concurrentemente, simulando trabajo paralelo.
• Monoprocesador: Simula multitarea mediante rotación de procesos.
• Multiprocesador:
  • Simétrico: Reparte la carga de trabajo de manera equitativa entre los procesadores.
  • Asimétrico: Asigna tareas según prioridad, buscando una mayor Calidad de Servicio (QoS).
• De Red: Conectados a una red local o Internet para compartir recursos.

Clasificación según su Rol

• Clientes o de Escritorio: Interfaz utilizada por el usuario para acceder a recursos y servidores.
• Servidores: Gestionan servicios y recursos compartidos para usuarios locales o remotos (intranet, extranet o Internet).

Licencias de Software y Distribuciones

Tipos de Licencias

Las licencias son acuerdos que permiten usar un software bajo ciertas restricciones. Los tipos principales incluyen:

• CAL (Client Access License): Se activan al conectar un dispositivo a un servidor.
• OEM (Original Equipment Manufacturer): Licencias preinstaladas por el fabricante en equipos nuevos.
• ROK (Reseller Option Kit): Licencias OEM destinadas a grandes empresas, generalmente más económicas.

Muchos profesionales informáticos prefieren el software libre, como Linux, debido a su flexibilidad y acceso al código fuente.

Distribuciones de Sistemas Operativos

Una distribución combina un núcleo (normalmente Linux) con programas y servicios añadidos, gestionados por empresas o comunidades.

Tipos principales de Distribuciones Linux:

• Debian: Mantenida por una comunidad de programadores.
• Fedora: Propiedad de IBM, utiliza paquetes RPM.
• SUSE: También utiliza RPM, con su herramienta propia YaST; de ella derivan SLES y openSUSE.

Virtualización de Sistemas Operativos

La virtualización permite utilizar múltiples sistemas operativos en un mismo hardware físico, sin depender de una máquina concreta. Esto facilita la independencia, la replicación y la optimización de tareas.

Componentes Principales de la Virtualización

Parte Real (Hardware Físico)

• Máquina Real: El hardware físico subyacente.
• Sistema Operativo Anfitrión (Host): Gestiona las máquinas virtuales.

Parte Virtualizada

• Hipervisor: Actúa como puente entre el host y las máquinas virtuales.
• Máquina Virtual (VM): Emula un ordenador completo.
• Sistema Operativo Invitado (Virtual): Funciona como un SO normal, aunque con recursos limitados asignados por el host.

Niveles de Privilegio (Anillos de Protección)

En la arquitectura de protección de sistemas operativos, los anillos definen los niveles de acceso y privilegio:

• Anillo 0 (Modo Supervisor): Acceso no restringido. Usado por el núcleo (Kernel) y el Hipervisor.
• Anillos 1 y 2: Niveles intermedios (a menudo no utilizados o reservados).
• Anillo 3 (Modo Usuario): Acceso restringido. Usado por las aplicaciones y el Sistema Operativo Invitado.