Sistemas Operativos

Sesión 2: ¿Qué hace realmente tu computadora?

Tu computadora tiene UNA CPU (procesador central)
Pero 100+ procesos quieren usarla AL MISMO TIEMPO
¿Cómo es posible que todo funcione sin conflictos?
¿Quién decide quién usa la CPU ahora?

Un Sistema Operativo (SO) es un PROGRAMA ESPECIAL que:

Corre 'siempre' en tu computadora (incluso cuando no lo ves)
Controla el hardware (CPU, RAM, disco, impresora, etc.)
Ejecuta otras aplicaciones (Chrome, VS Code, Spotify, etc.)
Decide qué aplicación usa la CPU en cada momento
Protege a las aplicaciones entre sí (si una falla, no cae todo)
Proporciona interfaz para que el usuario interactúe

Imagina un restaurante:

HARDWARE = Recursos disponibles
(cocineros, mesas, dinero, ingredientes)

APLICACIONES = Clientes que llegan pidiendo servicio
(comer, beber, pagar)

SISTEMA OPERATIVO = El gerente que decide:

A qué clientes atender primero
En qué orden
Cuántos recursos asignar a cada uno
Cómo evitar que un cliente ocupe todo

LECCIÓN: Sin un buen gerente → CAOS. Sin un buen SO → INESTABILIDAD.

Gestión de procesos
(crear, terminar, ordenar procesos)
Gestión de memoria RAM
(asignar espacio, proteger espacios)
Gestión de entrada/salida (E/S)
(teclado, ratón, red, impresora)
Gestión de archivos
(carpetas, lectura, escritura, eliminación)

Aislamiento de procesos
(un proceso no afecta a otro)
Control de permisos
(quién puede acceder a qué)
Protección de memoria
(evitar accesos no autorizados)
Seguridad en hardware
(controlar quién accede a qué dispositivo)

El Usuario (Lo que ves)

Escritorio (fondo, iconos)
Ventanas de aplicaciones
Menús (inicio, barra de tareas)
Archivos y carpetas (explorador)
Interfaz gráfica amigable

El Kernel (El corazón invisible)

Procesos invisibles (50-100+)
Drivers de dispositivos
Gestión de memoria y CPU
Servicios del sistema

PROCESOS

Instancias de aplicaciones corriendo:
Ejemplo: Chrome es UNA aplicación, pero puede tener 50 procesos (una pestaña = un proceso). Cada proceso es independiente: uno falla, no caen todos.

CPU

El recurso LIMITADO que TODOS quieren usar:
Tu computadora tiene 1 (o pocos) CPUs. 100+ procesos quieren usarla AHORA. Solamente 1 puede usar CPU en cada instante.

SCHEDULER (Planificador)

El 'árbitro' del SO:
Es un ALGORITMO (programa) que decide: ¿A quién le doy la CPU ahora? ¿Por cuánto tiempo? ¿Cuándo cambio a otro proceso?

100+ PROCESOS compiten por 1 CPU → ¿Cómo decidir?

OPCIÓN 1: FIFO (First In, First Out)
Regla: El primero que llega, es el primero que atiende.
✓ Simple y justo ✗ Lento, esperas mucho tu turno.

OPCIÓN 2: ROUND ROBIN (Turnos iguales de tiempo)
Regla: Cada proceso obtiene 30 ms, luego al siguiente.
✓ Más justo, todos obtienen tiempo ✗ Cambios frecuentes cuesta recursos.

OPCIÓN 3: PRIORIDADES (Tareas críticas primero)
Regla: Procesos importantes van antes.
✓ Rápido para lo importante ✗ Injusto con procesos secundarios.

Cada vez que el SO cambia de proceso, SUCEDE:

COSTO 1: Guardar estado del proceso anterior (dónde estaba, registros, variables locales)
COSTO 2: Cargar estado del nuevo proceso (acceder a memoria, restaurar contexto)
COSTO 3: Limpiar la caché del procesador (datos del proceso anterior se descartan)
COSTO 4: El nuevo proceso tarda en 'volver a concentrarse'

ANALOGÍA HUMANA: Trabajar en Excel → Cambiar a escribir en Word. Cada cambio requiere 'adaptación mental'. Si cambias cada 30 segundos, pierdes productividad.

EN TU COMPUTADORA: Esto sucede cada MILISEGUNDO (1000x más rápido). Por eso el context switching es uno de los costos mayores.

🖥️ DESKTOP/PERSONAL
Ejemplos: Windows, macOS, Ubuntu
Optimizado para: Facilidad de uso, múltiples apps
Usuarios: Personas (tu computadora)

🖲️ SERVIDOR
Ejemplos: Linux, Windows Server
Optimizado para: Confiabilidad, rendimiento
Usuarios: Centros de datos, nube

📱 MÓVIL
Ejemplos: Android, iOS
Optimizado para: Batería, touch, memoria limitada
Usuarios: Teléfonos, tablets

⚡ TIEMPO REAL
Ejemplos: VxWorks, FreeRTOS
Optimizado para: Decisiones en milisegundos
Usuarios: Autos, robots, equipo médico

Como estudiante de desarrollo de software, entender el SO te permite:

DIAGNOSTICAR problemas de rendimiento: "¿Mi computadora está lenta? ¿Es hardware o decisiones del SO?"
TOMAR MEJORES DECISIONES profesionales: "¿Qué SO usar para esta aplicación? ¿Cómo optimizar?"
ESCRIBIR SOFTWARE MÁS EFICIENTE: "¿Qué hace el SO detrás de mi código? ¿Cómo puedo usar menos recursos?"
DISEÑAR SOLUCIONES escalables y robustas: "Sistemas embebidos, redes, aplicaciones críticas"
ENTENDER TU COMPUTADORA: "De verdad, no es 'magia', es DISEÑO INTELIGENTE"

GENERACIÓN 1 (1940s-1950s): Máquinas de Cálculo
ENIAC (1946). NO había SO (programadores trabajaban directamente con hardware).
GENERACIÓN 2 (1955-1965): Batch Processing
IBM System/360 (1964). Surgieron los primeros SO (FORTRAN Monitor System). Función: Automatizar carga de trabajos (batch = lotes). Problema: Mucho tiempo inactivo de CPU.
GENERACIÓN 3 (1965-1980): Multiprogramación
Necesidad: Usar CPU constantemente. OS/360, Unix (1969), Multics. Logro: Varios procesos en memoria simultáneamente. Eficiencia > 70%.

GENERACIÓN 4 (1980-2000): Computadoras Personales
Apple Macintosh (1984), MS-DOS (1981), Windows (1985). Paradigma nuevo: Interfaz gráfica (GUI). Prioridad cambió: Usabilidad > Eficiencia. Las personas usan computadoras, no solo expertos.
GENERACIÓN 5 (2000-hoy): Móviles, Nube, IoT
Smartphones con Android/iOS (capacidades de PC). Cloud Computing (AWS, Azure): SO distribuido. IoT: Millones de mini SO en dispositivos. Desafío nuevo: Eficiencia energética + Conectividad.

UNIX (BSD, Linux, macOS)

Creador: Ken Thompson, Dennis Ritchie
Filosofía: "Haz una cosa y hazla bien". Modular y simple, Open source (Linux). Domina servidores.

Mercado:
✓ Servidores (>90% web usan Linux)
✓ Supercomputadoras (99% Linux)
✓ Android (Linux kernel)
✓ macOS (Unix-based)

WINDOWS (MS-DOS, Win 11)

Creador: Bill Gates, Microsoft
Filosofía: "Accesible para todos". Interfaz amigable, Propietario. Domina usuarios finales.

Mercado:
✓ Computadoras personales (~70% desktop)
✓ Servidores empresariales (Windows Server)
✗ Bajo en servidores vs Linux

┌─────────────────────────────────────────┐ │ APLICACIONES (Word, Chrome, etc) │ ← Lo que VES ├─────────────────────────────────────────┤ │ SISTEMA DE LLAMADAS (System Calls) │ ← Interfaz SO-Apps ├─────────────────────────────────────────┤ │ KERNEL (Núcleo del SO) │ ← El corazón invisible │ ┌───────────────────────────────────┐ │ │ │ • Gestor de Procesos │ │ │ │ • Gestor de Memoria │ │ │ │ • Gestor de E/S │ │ │ │ • Gestor de Archivos │ │ │ └───────────────────────────────────┘ │ ├─────────────────────────────────────────┤ │ CONTROLADORES (Drivers) │ ← Traducen a Hardware ├─────────────────────────────────────────┤ │ HARDWARE (CPU, RAM, Disco, etc) │ ← El que hace el trabajo └─────────────────────────────────────────┘

1. KERNEL: Gestiona recursos (Hardware directamente). 2. SHELL: Traduce comandos usuario (CLI o GUI). 3. SISTEMA DE ARCHIVOS: Organiza datos (NTFS, ext4). 4. ADMIN. DE DISPOSITIVOS: Controla periféricos (Drivers). 5. UTILIDADES: Servicios, red, antivirus.