Usar la computadora es tarea de casi todos los días, tanto en la vida profesional como académica. Sin embargo, la mayoría de las personas desconocen cómo es el funcionamiento básico de estos equipos que protagonizaron una de las grandes revoluciones tecnológicas de la historia.
Esta vez, voy a centrarme en el análisis de un concepto que aparece con frecuencia en las pláticas de informática: el sistema operativo. ¿Sabes qué es y cuáles son sus características diferenciales? ¿Por qué es tan importante?
¿Qué es un sistema operativo?
Un sistema operativo es, valga la redundancia, un software de sistema que tiene como principal función administrar todos los recursos de un dispositivo informático. Los ejemplos más conocidos de la actualidad son Windows, Linux, macOS, Android y iOS.
La administración del hardware y los programas de aplicación de una computadora se lleva a cabo mediante la asignación de recursos, incluyendo la memoria, la CPU, los dispositivos de entrada / salida y el almacenamiento de archivos.
El usuario interactúa con el sistema operativo a través de una interfaz de usuario (UI), la cual se encarga de emitir los comandos en un lenguaje que el programa de sistema pueda entender.
En la actualidad, Windows de Microsoft es el sistema operativo más utilizado a nivel mundial. De acuerdo con datos de Statista, tiene una cuota de mercado del 67% de los sistemas operativos instalados en computadoras de escritorio, tabletas y consolas. El segundo lugar le corresponde a macOS de Apple. Android de Google controla más del 70% del mercado en la categoría de los dispositivos móviles, seguido todavía de lejos por iOS de Apple con poco más del 27%.
En lo que respecta al software de código abierto, Linux se instala como el sistema operativo más popular.
¿Cuáles son las funciones principales de un sistema operativo?
A continuación, vamos a explorar cuáles son las principales funciones de un sistema operativo.
Gestión de procesos
El sistema operativo es el encargado de gestionar la ejecución de diferentes procesos e hilos, donde caben tareas como la programación, la sincronización y la comunicación entre procesos (Fuente: IBM). Los programas de aplicación interactúan con el SO mediante llamadas para la creación, administración y finalización de procesos.
Cada vez que inicias una aplicación o programa, se crea un proceso que el sistema operativo debe gestionar. Este programa de sistema se encarga de asignar los recursos como el tiempo de CPU y memoria a cada proceso. A su vez, la asignación depende de los algoritmos de planificación que definen la distribución de los recursos en los procesos en ejecución.
Dentro de la gestión, el sistema operativo es responsable de manejar la comunicación entre procesos, un aspecto fundamental para aplicaciones que necesitan interactuar entre ellas para un correcto funcionamiento. Asimismo, supervisa el estado de cada proceso, a fin de saber si una tarea está en ejecución, en espera o terminada, información clave para optimizar el uso de los recursos.
Gestión de memoria
Otra función del sistema operativo es la asignación y el control de la memoria del equipo. Antes de ahondar en este rol, vamos a definir de forma general qué es la memoria. Dentro de la informática, es el componente que retiene, memoriza o almacena datos durante un periodo determinado. El programa de sistema asigna y libera memoria para los diferentes procesos en ejecución, asegurando que cada software o aplicación tenga espacio necesario para su funcionamiento sin interferencias.
Mediante el uso de técnicas como la paginación y segmentación, el sistema operativo logra gestionar la memoria de manera eficiente. La primera técnica se refiere a la división de la memoria en bloques pequeños, lo que permite su uso más flexible y evita la fragmentación. Existe otro concepto que es la memoria virtual, que permite que los sistemas operativos usen más memoria de la que tienen disponible físicamente.
Es importante señalar que maneja con eficiencia tanto la memoria primaria conocida como Memoria RAM como el almacenamiento auxiliar, un grupo en el que se encuentran las unidades de disco duro y de estado sólido.
Gestión del sistema de archivos
El sistema operativo de un dispositivo informático desempeña varias funciones, entre ellas, la gestión del sistema de archivos. Este programa se encarga de organizar, persistir y proteger datos en los medios de almacenamiento. De igual forma, gestiona los nombres, los permisos y las estructuras jerárquicas.
Es responsable de garantizar la integridad de los datos mediante mecanismos como su validación, las sumas de comprobación y los códigos de corrección de errores. Es la base de tareas básicas como crear, leer, escribir y borrar ficheros, además de las optimizaciones para acceso rápido.
Gestión de dispositivos y controladores
También conocidos como drivers, los controladores son programas de software que hacen posible la comunicación entre el sistema operativo con el hardware de un dispositivo. En términos simples, son intermediarios entre el sistema operativo y los componentes físicos del equipo, facilitando el funcionamiento adecuado.
De esta manera, el sistema operativo gestiona los controladores para coordinar las tareas ejecutadas por los diferentes dispositivos conectados. Esto incluye las impresoras, los discos, los teclados y las pantallas. Sin los controladores, el hardware sería inútil e inservible. De esta forma, el sistema operativo gestiona las interrupciones de hardware, que son señales que indica si un dispositivo necesita atención.
Dentro de esta misma labor, se considera la configuración de recursos como puertos y direcciones de memoria, asegurando que no existan conflictos entre dispositivos.
Seguridad y control de acceso
Un apartado donde el sistema operativo tiene mucho que ver es la seguridad y el control de los accesos. Se encarga de proteger los datos y recursos del sistema contra accesos no autorizados, usando técnicas de autenticación y autorización.
La forma visible de esto es el uso de contraseñas y otros métodos para la verificación de la identidad de los usuarios. Una vez que se ha confirmado su identidad, se aplican los permisos correspondientes y que establecen a qué recursos pueden acceder y las acciones para las que estarán habilitados.
Dentro de su función en temas de seguridad, los sistemas operativos cuentan con mecanismos para proteger contra malware y ataques externos. Lo anterior se traduce en la implementación de cortafuegos y, en ocasiones, software antivirus para proteger el sistema tanto de amenazas online como offline.
Ten en cuenta que el sistema operativo registra los eventos de seguridad, lo que permite a los administradores el monitoreo de actividades sospechosas y responder a incidentes de seguridad de manera efectiva.
Networking básico
La conexión y comunicación con otros dispositivos a través de una red es otra de las funciones cruciales de un sistema operativo. Aquí consideramos tanto a las redes locales como a Internet.
El SO implementa una pila de protocolos que permite la transmisión de datos entre dispositivos, incluyendo protocolos TCP/IP, los cuales son necesarios para la comunicación en redes. Asimismo, ejecuta la configuración de red, permitiendo a los usuarios conectarse a redes Wi-Fi, Ethernet y VPN.
El uso de herramientas para la gestión de las redes, tales como monitores de tráfico y configuraciones de seguridad ayudan a optimizar el rendimiento y proteger la red contra las amenazas.
Interfaz de usuario
La interacción del usuario con el sistema operativo para llevar a cabo cualquier tarea es posible gracias a las interfaces de usuario. Estas se encargan de conectar la intención humana con todo el proceso técnico y complejo, ya sea a través de una Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) o Interfaz de Línea de Comandos (CLI).
La primera de ellas simplifica las cosas para la productividad visual y el aprendizaje rápido, mientras que CLI tiene su enfoque en la automatización y la precisión. Lo que es un hecho es que el diseño de la interfaz repercute en la adopción y la eficiencia del usuario, por lo que es necesario un trabajo bien hecho que garantice coherencia y accesibilidad.
Gestión de recursos y energía
El sistema operativo es el responsable de la gestión de los recursos y energía, un proceso que repercute en el rendimiento y la eficiencia del sistema operativo. Por ello, asigna recursos como CPU, memoria y almacenamiento a los diferentes procesos en ejecución.
El programa de sistema implementa estrategias como la suspensión y la hibernación para conservar la energía cuando el dispositivo no está en uso. Lo anterior prolonga la duración de la batería. Asimismo, monitorea el uso de los recursos en tiempo real, identificando cuellos de botella y tomando decisiones para optimizar con base en reglas y algoritmos para optimizar el rendimiento del sistema.
El sistema operativo ayuda a prevenir problemas como el sobrecalentamiento y otra clase de conflictos con el hardware.
En conclusión, el sistema operativo no solo ejecuta aplicaciones, sino que es el “director de la orquesta” para que cada componente de hardware trabaje de manera eficiente y las interacciones del usuario conduzcan a los resultados esperados. Es el núcleo invisible que define la interacción de las personas con sus dispositivos informáticos, influyendo de manera crucial tanto en el rendimiento como en la seguridad.