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¿Cuáles son las funciones del sistema operativo?

El sistema operativo (OS; acrónimo anglosajón de operating system) es definido como el software principal de un computador (Smartphone, Smartwatch, etc.) que se encarga de establecer un canal de comunicación entre el hardware y el software secundario (programas, aplicaciones, etc.), de modo que el usuario sea capaz de aprovechar los recursos disponibles y realizar múltiples actividades con el equipo, ya sean estas de naturaleza laboral, recreativa, entre otras.

A medidos de la década 1940, cuando los computadores no poseían sistema operativo, los usuarios tenían que realizar operaciones lógicas extensas y laboriosas para poder emplear el hardware del equipo. Por ello, en busca de optimizar el manejo de los computadores por medio de la automatización de las operaciones lógicas que subyacen en la interacción hardware-software, la comunidad informática se dedicó al desarrollo del OS y de la interfaz gráfica de usuario (GUI).

De forma sintetizada, el sistema operativo funciona principalmente como un puente entre todo componente de hardware y los diversos componentes lógicos del software. El usuario está al tanto de tales procesos de comunicación por medio de la interfaz que constituye una parte del sistema operativo. Hay que destacar que esta función principal abarca un conjunto amplio de funciones, relacionadas con la gestión, administración, comunicación, seguridad, etc.

Funciones de gestión del sistema operativo

La mayoría de las funciones que ejecuta un sistema operativo están vinculadas con la gestión de los componentes físicos y lógicos, ya que este sirve como moderador, o intermediario activo, entre los programas y el hardware, controlando el desarrollo de las interacciones computacionales y facilitando su retroalimentación y optimización.

Una función especialmente importante del OS es gestionar la memoria principal del equipo, es decir, el ROM (Red Only Memory) y el RWN (Read-Write Memory), y su interacción con la unidad central de procesamiento (CPU).

Las funciones gestoras que ejecuta el sistema operativo son las siguientes:

Gestión de procesos

Los procesos son definidos como aquellos programas en ejecución que necesitan determinados recursos (tiempo de CPU, memoria, archivos, dispositivos de entrada-salida, etc.) para cumplir las tareas asignadas. El sistema operativo se encarga de controlar el flujo de estos procesos, creándolos, destruyéndolos, interrumpiéndolos y/o reanudándolos. Además, el OS debe proporcionar medios de comunicación a los procesos, para que puedan estar sincronizados.

La jerarquización es importante para la gestión de procesos, ya que permite ordenar por prioridad o relevancia al abrumador flujo de procesos, concatenando el proceso de realización de tareas. Sin embargo, puede presentarse el problema de que una parte aparentemente irrelevante de procesos sean relegados y omitidos. Por ello, el sistema operativo incrementa la prioridad de los procesos más antiguos, que permanecen sin ser ejecutados.

Gestión del almacenamiento principal

El almacenamiento principal, o memoria principal, del computador está compuesto básicamente por el ROM y el RWM, los cuales están en constante interacción con el CPU, así como con los dispositivos de entrada y salida. No obstante, esta memoria es volátil, por lo que ante cualquier suspensión de la alimentación de energía eléctrica pierde su contenido.

Dada la susceptibilidad del almacenamiento principal de sufrir fallos por perdida de datos, el sistema operativo debe determinar qué partes del almacenamiento son empleadas y quién lo está haciendo. Asimismo, debe definir que procesos se cargarán en la memoria cuando se libere espacio ocupado, por medio del nivel de prioridad. Todo lo anterior implica que el OS debe asignar y demandar espacio de memoria para otorgar fluidez a la sucesión de procesos.

Gestión del almacenamiento secundario

Debido a la volatilidad de la memoria principal, el computador dispone de unidades de almacenamiento secundario que sirvan para el resguardo de información y datos relevantes. No obstante, no todas las unidades de almacenamiento secundario cumplen con el criterio de no volatilidad, debido a las limitaciones físicas de su constitución material.

En su interacción con las unidades de almacenamiento secundario, el sistema operativo se ocupa de la planificación del espacio de memoria de las unidades, monitorear el espacio libre, asignar espacio disponible de almacenamiento y verificar la ordenación de los datos almacenados.

Gestión del sistema de entrada y salida

El sistema de entrada y salida está compuesto por un almacenamiento temporal (memoria caché) y una interfaz de controladores de dispositivos de entrada y salida, por ejemplo, teclados, monitor, auriculares, impresoras, etc. El sistema operativo se encarga de gestionar el almacenamiento temporal de este sistema y de controlar la utilización de los dispositivos de E/S, estableciendo interrupciones.

Gestión de recursos

Los recursos básicamente consisten en todas las herramientas de operación que proporcionan los elementos físicos y lógicos del computador. Por tanto, como software principal, el sistema operativo debe controlar (administrar) al CPU, la memoria principal, las unidades de almacenamiento secundario, los dispositivos de E/S, los procesos y demás recursos que puedan existir en el computador.

En adición, un sistema operativo podrá manejar tanto los recursos de un único computador como de un grupo de ellos, simultáneamente.

Función administrativa del sistema operativo

Así como gestiona, el sistema operativo debe administrar en orden de controlar eficientemente la realización de tareas, según la sucesión de prioridad definida. La gestión y la administración son funciones que van de la mano, pero ambas abarcan aspectos concretos en la interacción entre hardware y software.

Desde la perspectiva administrativa del usuario, el sistema operativo puede ser monousuario o multiusuario. Un OS monousuario es aquel sólo administra la ejecución de las tareas originadas por un único usuario, mientras que el OS multiusuario es aquel que administra simultáneamente las tareas demandas por varios usuarios. En ambos casos, el sistema operativo se encarga de autorizar la realización de ciertos procesos proporcionando los recursos adecuados.

Inclusive, según el mecanismo de administración de tareas de tareas, un sistema operativo podrá ser monotarea o multitarea. El sistema operativo monotarea establece que solamente un proceso puede ser ejecutado en un intervalo de tiempo dado; una vez este inicia debe terminar, en orden de continuar la sucesión de procesos. En contraposición, un sistema operativo multitarea es capaz de ejecutar varios procesos a la vez.

Por otra parte cabe destacar que al administrar el CPU, el sistema operativo hace uso de un algoritmo de programación, cuya estructura depende del sistema operativo.

Funciones de comunicación

Por el hecho de servir como puente entre los componentes físicos y los elementos lógicos de un computador, el sistema operativo necesita de un elemento auxiliar mediante el cual incorporar al usuario en la interacción entre hardware y software, para que este sea consciente de la dinámica de la realización de procesos y la ejecución de tareas. Por ello, la función de comunicación del OS se subdivide en los siguientes aspectos:

Comunicación entre componentes físicos y programas

El elemento auxiliar del cual se valen los sistemas operativos para incorporar al usuario en la interacción entre hardware y software es la interfaz de red, que a su vez permite controlar la emisión y recepción de información entre las partes conectadas.

Con el fin de garantizar la estabilidad en las comunicaciones, el sistema operativo debe crear nodos para direccionar correctamente entre emisores y receptores. A su vez, debe crear conexiones virtuales entre programas locales en ejecución, para así sincronizar adecuadamente la ejecución de los procesos asociados con cada una de ellas.

Notificación del estado del sistema

Además de ser auxiliado por la interfaz de red, el sistema operativo viene acompañado por un conjunto de ciertos programas, los cuales son instalados por defecto durante la instalación del OS.

Este conjunto de programas posee ciertas características del software principal, sin embargo, cumplen un rol menos protagonista, encargándose de notificar acerca del estado del sistema, la necesidad de realizar una tarea o la actualización de determinados componentes.

Adicionalmente, el conjunto de programas que acompañan al sistema operativo proporcionar soporte a diferentes lenguajes de programación, de manera que cualquier programa pueda ser ejecutado en el equipo, ya que cuenta con componentes lógicos que mejoran la comunicación entre los programas.

Función de registro del sistema operativo

Los archivos y su sistema de organización son elementos relevantes para el sistema operativo, por lo que este se encarga de registrarlos para verificar la organización de los datos. Un archivo es cualquier paquete de información, por lo que pueden contener desde programas hasta datos como imágenes, texto, etc.

Durante el registro del sistema de archivos, el sistema operativo tiene la capacidad de construir y eliminar archivos y directorios, ofreciendo al usuario medios para manipular archivos y directorios.

Por otra parte, el sistema operativo impone relaciones de correspondencia entre los archivos y los espacios de las unidades de almacenamiento (principal y secundario), velando por la realización de copias de seguridad, para así respaldar la información en caso de eventos fortuitos de eliminación, traspasando la información de memorias volátiles a memorias no volátiles.

Función de seguridad del sistema operativo

Debido al rol primordial que juega el sistema operativo en las operaciones de un computador, este dispone de un sistema de seguridad que no solamente protege su integridad, sino la de todo conjunto, tanto físico como lógico. Este sistema de seguridad regula el acceso de los programas (usuarios) a los recursos del computador.

No obstante, el sistema operativo debe ocuparse de distinguir entre el uso autorizado y no autorizado de recursos, especificar los controles de seguridad e imponer el uso de mecanismos de protección.