Para hacer una
clasificación de sistemas operativos para redes, primero debemos
definir los conceptos. Un sistema operativo (SO) es una suma de
programas informáticos que establecen de manera parecida al lenguaje
humano la comunicación entre el usuario y la computadora controlando
todos los recursos de manera eficiente.
- Sistemas Operativos por su Estructura
Se
deben observar dos tipos de requisitos cuando se construye un sistema
operativo, los cuales son:
Requisitos de
usuario: Sistema fácil de usar y de aprender, seguro, rápido y adecuado
al uso al que se le quiere destinar.
Requisitos del
software: Donde se engloban aspectos como el mantenimiento, forma de
operación, restricciones de uso, eficiencia,
tolerancia frente a los errores y flexibilidad.
A continuación se
describen las distintas estructuras que presentan los actuales sistemas
operativos para
satisfacer las
necesidades que de ellos se quieren obtener.
Estructura
monolítica.
Es la estructura de
los primeros sistemas operativos constituidos fundamentalmente por un
solo programa
compuesto de un
conjunto de rutinas entrelazadas de tal forma que cada una puede llamar a
cualquier otra
. Las
características fundamentales de este tipo de estructura son:
Construcción del
programa final a base de módulos compilados separadamente que se unen a
través del
ligador.
Buena definición de
parámetros de enlace entre las distintas rutinas existentes, que puede
provocar mucho
acoplamiento.
Carecen de
protecciones y privilegios al entrar a rutinas que manejan diferentes
aspectos de los recursos de la computadora, como
memoria, disco, etc.
Generalmente están
hechos a medida, por lo que son eficientes y rápidos en su ejecución y
gestión, pero por lo mismo carecen de
flexibilidad para soportar diferentes ambientes de trabajo o tipos de
aplicaciones.
Estructura
jerárquica.
A medida que fueron
creciendo las necesidades de los usuarios y se perfeccionaron los
sistemas, se hizo
necesaria una mayor
organización del software, del sistema operativo, donde una parte del
sistema contenía
subpartes y esto
organizado en forma de niveles.
Se dividió el
sistema operativo en pequeñas partes, de tal forma que cada una de ellas
estuviera perfectamente definida y con un
claro interface con el resto de elementos.
Se constituyó una
estructura jerárquica o de niveles en los sistemas operativos, el
primero de los cuales fue
denominado THE
(Technische Hogeschool, Eindhoven), de Dijkstra, que se utilizó con
fines didácticos (Ver Fig.3). Se puede pensar
también en estos sistemas como si fueran `multicapa'. Multics y Unix
caen en esa
categoría. [Feld93].
En la estructura
anterior se basan prácticamente la mayoría de los sistemas operativos
actuales. Otra forma dever este tipo de
sistema es la denominada de anillos concéntricos o "rings" (Ver Fig. 4).
En el sistema de
anillos, cada uno tiene una apertura, conocida como puerta o trampa
(trap), por donde pueden entrar las llamadas
de las capas inferiores. De esta forma, las zonas más internas del
sistema operativo o núcleo del sistema
estarán más protegidas de accesos indeseados desde las capas más
externas. Las capas más internas serán,
por tanto, más privilegiadas que las externas.
Máquina
Virtual.
Se trata de un tipo
de sistemas operativos que presentan una interface a cada proceso,
mostrando una máquina que parece idéntica a
la máquina real subyacente. Estos sistemas operativos separan dos
conceptos que suelen estar unidos
en el resto de sistemas: la multiprogramación y la máquina extendida. El
objetivo de los sistemas operativos
de máquina virtual es el de integrar distintos sistemas operativos dando
la sensación de ser varias máquinas
diferentes.
El núcleo de estos
sistemas operativos se denomina monitor virtual y tiene como misión
llevar a cabo la
multiprogramación,
presentando a los niveles superiores tantas máquinas virtuales como se
soliciten. Estas
máquinas virtuales
no son máquinas extendidas, sino una réplica de la máquina real, de
manera que en cada
una de ellas se pueda
ejecutar un sistema operativo diferente, que será el que ofrezca la
máquina extendida al usuario (Ver Fig. 5).
Cliente-servidor
( Microkernel)
El tipo más reciente
de sistemas operativos es el denominado Cliente-servidor, que puede ser
ejecutado en la mayoría de las
computadoras, ya sean grandes o pequeñas.
Este sistema sirve
para toda clase de aplicaciones por tanto, es de propósito general y
cumple con las mismas actividades que los
sistemas operativos convencionales.
El núcleo tiene como
misión establecer la comunicación entre los clientes y los servidores.
Los procesos
pueden ser tanto
servidores como clientes. Por ejemplo, un programa de aplicación normal
es un cliente que
llama al servidor
correspondiente para acceder a un archivo o realizar una operación de
entrada/salida sobre un dispositivo
concreto. A su vez, un proceso cliente puede actuar como servidor para
otro." [Alcal92]. Este paradigma ofrece
gran flexibilidad en cuanto a los servicios posibles en el sistema
final, ya que el núcleo provee solamente funciones
muy básicas de memoria, entrada/salida, archivos y procesos, dejando a
los servidores proveer la mayoría
que el usuario final o programador puede usar. Estos servidores deben
tener mecanismos de seguridad y
protección que, a su vez, serán filtrados por el núcleo que controla el
hardware. Actualmente se está trabajando en
una versión de UNIX que contempla en su diseño este paradigma.
- Sistemas
Operativos por Servicios
Esta clasificación
es la más comúnmente usada y conocida desde el punto de vista del
usuario final. Esta
clasificación se
comprende fácilmente con el cuadro sinóptico que a continuación se
muestra en la Fig. 6.
Monousuarios
Los sistemas
operativos monousuarios son aquéllos que soportan a un usuario a la vez,
sin importar el número de procesadores que
tenga la computadora o el número de procesos o tareas que el usuario
pueda ejecutar en un mismo instante de
tiempo. Las computadoras personales típicamente se han clasificado en
este renglón.
Multiusuarios
Los sistemas
operativos multiusuarios son capaces de dar servicio a más de un usuario
a la vez, ya sea por
medio de varias
terminales conectadas a la computadora o por medio de sesiones remotas
en una red de
comunicaciones. No
importa el número de procesadores en la máquina ni el número de procesos
que cada
usuario puede
ejecutar simultáneamente.
Monotareas
Los sistemas
monotarea son aquellos que sólo permiten una tarea a la vez por usuario.
Puede darse el caso de un sistema
multiusuario y monotarea, en el cual se admiten varios usuarios al mismo
tiempo pero cada uno de ellos puede estar
haciendo solo una tarea a la vez.
Multitareas
Un sistema operativo
multitarea es aquél que le permite al usuario estar realizando varias
labores al mismo
tiempo. Por ejemplo,
puede estar editando el código fuente de un programa durante su
depuración mientras
compila otro
programa, a la vez que está recibiendo correo electrónico en un proceso
en background. Es común encontrar en ellos
interfaces gráficas orientadas al uso de menús y el ratón, lo cual
permite un rápido
intercambio entre
las tareas para el usuario, mejorando su productividad.
Uniproceso
Un sistema operativo
uniproceso es aquél que es capaz de manejar solamente un procesador de
la
computadora, de
manera que si la computadora tuviese más de uno le sería inútil. El
ejemplo más típico de este tipo de sistemas es
el DOS y MacOS.
Multiproceso
Un sistema operativo
multiproceso se refiere al número de procesadores del sistema, que es
más de uno y éste es capaz de usarlos
todos para distribuir su carga de trabajo. Generalmente estos sistemas
trabajan de dos formas: simétrica o
asimétricamente. Cuando se trabaja de manera asimétrica, el sistema
operativo selecciona a uno de los
procesadores el cual jugará el papel de procesador maestro y servirá
como pivote para distribuir la carga a los demás
procesadores, que reciben el nombre de esclavos. Cuando se trabaja de
manera simétrica, los procesos o
partes de ellos (threads) son enviados indistintamente a cualesquira de
los procesadores disponibles,
teniendo, teóricamente, una mejor distribución y equilibrio en la carga
de trabajo bajo este esquema.
Se dice que un
thread es la parte activa en memoria y corriendo de un proceso, lo cual
puede consistir de un
área de memoria, un
conjunto de registros con valores específicos, la pila y otros valores
de contexto. Us
aspecto importante a
considerar en estos sistemas es la forma de crear aplicaciones para
aprovechar los varios procesadores.
Existen aplicaciones que fueron hechas para correr en sistemas
monoproceso que no toman ninguna ventaja a
menos que el sistema operativo o el compilador detecte secciones de
código paralelizable, los cuales son
ejecutados al mismo tiempo en procesadores diferentes. Por otro lado, el
programador puede modificar sus
algoritmos y aprovechar por sí mismo esta facilidad, pero esta última
opción las más de las veces es costosa en horas
hombre y muy tediosa, obligando al programador a ocupar tanto o más
tiempo a la paralelización que a
elaborar el algoritmo inicial.
- Sistemas
Operativos por la Forma de Ofrecer sus Servicios
Esta clasificación
también se refiere a una visión externa, que en este caso se refiere a
la del usuario, el cómo
accesa los
servicios. Bajo esta clasificación se pueden detectar dos tipos
principales: sistemas operativos de
red y sistemas
operativos distribuídos.
Sistemas
Operativos de Red
Los sistemas
operativos de red se definen como aquellos que tiene la capacidad de
interactuar con sistemas
operativos en otras
computadoras por medio de un medio de transmisión con el objeto de
intercambiar
información,
transferir archivos, ejecutar comandos remotos y un sin fin de otras
actividades. El punto crucial de estos sistemas es que
el usuario debe saber la sintaxis de un cinjunto de comandos o llamadas
al sistema para ejecutar estas
operaciones, además de la ubicación de los recursos que desee accesar.
Por ejemplo, si un usuario en la
computadora hidalgo necesita el archivo matriz.pas que se localiza en el
directorio/software/codigo en
la computadora morelos bajo el sistema operativo UNIX, dicho usuario
podría copiarlo a través de la red con
los comandos siguientes: hidalgo% hidalgo% rcp
morelos:/software/codigo/matriz.pas .hidalgo% En este
caso, el comando rcp que significa "remote copy" trae el archivo
indicado de la computadora morelos y lo coloca
en el directorio donde se ejecutó el mencionado comando. Lo importante
es hacer ver que el usuario puede
accesar y compartir muchos recursos.
Sistemas
Operativos Distribuídos
Los sistemas
operativos distribuídos abarcan los servicios de los de red, logrando
integrar recursos (
impresoras, unidades
de respaldo, memoria, procesos, unidades centrales de proceso ) en una
sola máquina
virtual que el
usuario accesa en forma transparente. Es decir, ahora el usuario ya no
necesita saber la ubicación de los recursos,
sino que los conoce por nombre y simplementa los usa como si todos ellos
fuesen locales a su lugar de trabajo
habitual. Todo lo anterior es el marco teórico de lo que se desearía
tener como sistema operativo
distribuído, pero en la realidad no se ha conseguido crear uno del todo,
por la complejidad que suponen: distribuír
los procesos en las varias unidades de procesamiento, reintegrar
sub-resultados, resolver problemas de
concurrencia y paralelismo, recuperarse de fallas de algunos recursos
distribuídos y consolidar la protección y
seguridad entre los diferentes componentes del sistema y los usuarios.
[Tan92]. Los avances tecnológicos en las
redes de área local y la creación de microprocesadores de 32 y 64 bits
lograron que computadoras mas o
menos baratas tuvieran el suficiente poder en forma autónoma para
desafiar en cierto grado a los
mainframes, y a la vez se dio la posibilidad de intercomunicarlas,
sugiriendo la oportunidad de partir procesos muy pesados
en cálculo en unidades más pequeñas y distribuirlas en los varios
microprocesadores para luego reunir
los sub-resultados, creando así una máquina virtual en la red que exceda
en poder a un mainframe. El
sistema integrador de los microprocesadores que hacer ver a las varias
memorias, procesadores, y todos los demás
recursos como una sola entidad en forma transparente se le llama sistema
operativo
distribuído. Las
razones para crear o adoptar sistemas distribuídos se dan por dos
razones principales: por
necesidad ( debido a
que los problemas a resolver son inherentemente distribuídos ) o porque
se desea tenermás confiabilidad y
disponibilidad de recursos. En el primer caso tenemos, por ejemplo, el
control de los cajeros automáticos en
diferentes estados de la república. Ahí no es posible ni eficiente
mantener un control centralizado, es
más, no existe capacidad de cómputo y de entrada/salida para dar
servicio a los millones de operaciones por
minuto. En el segundo caso, supóngase que se tienen en una gran empresa
varios grupos de trabajo, cada uno
necesita almacenar grandes cantidades de información en disco duro con
una alta confiabilidad y
disponibilidad. La solución puede ser que para cada grupo de trabajo se
asigne una partición de disco duro en
servidores diferentes, de manera que si uno de los servidores falla, no
se deje dar el servicio a todos, sino sólo a
unos cuantos y, más aún, se podría tener un sistema con discos en espejo
( mirror ) a través de la red,de manera
que si un servidor se cae, el servidor en espejo continúa trabajando y
el usuario ni cuenta se da de estas
fallas, es decir, obtiene acceso a recursos en forma transparente
Ventajas de los Sistemas Distribuídos
En general, los
sistemas distribuídos (no solamente los sistemas operativos) exhiben
algunas ventajas sobre los
sistemas
centralizados que se describen enseguida.
Economía: El
cociente precio/desempeño de la suma del poder de los procesadores
separados contra
el poder de uno solo
centralizado es mejor cuando están distribuídos.
Velocidad:
Relacionado con el punto anterior, la velocidad sumada es muy superior.
Confiabilidad: Si
una sola máquina falla, el sistema total sigue funcionando.
Crecimiento: El
poder total del sistema puede irse incrementando al añadir pequeños
sistemas, lo cual
es mucho más difícil
en un sistema centralizado y caro.
Distribución:
Algunas aplicaciones requieren de por sí una distribución física.
Por otro lado, los
sistemas distribuídos también exhiben algunas ventajas sobre sistemas
aislados. Estas
ventajas son:
Compartir datos: Un
sistema distribuído permite compartir datos más fácilmente que los
sistemas
aislados, que
tendrian que duplicarlos en cada nodo para lograrlo.
Compartir
dispositivos: Un sistema distribuído permite accesar dispositivos desde
cualquier nodo en
forma transparente,
lo cual es imposible con los sistemas aislados. El sistema distribuído
logra un
efecto
sinergético.
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