Analizando la historia de los Sistemas Operativos notamos que se puede considerar que éstos surgen desde finales de los 50's con una arquitectura bastante obsoleta comparada con la de la actualidad.
Para poder construir un Sistema Operativo se deben tener en cuenta dos tipos de requisitos, los cuales son:
- Requisitos de usuario: Un sistema fácil de usar y de aprender, seguro, rápido y adecuado para el uso que se le necesita dar.
- Requisitos del software: Considera el continuo mantenimiento, forma de operación, restricciones de uso, eficiencia, tolerancia frente a los errores y flexibilidad.
El objetivo de la estructuración es buscar una organización interna que facilite la comprensión, incremente la portabilidad, extensión y favorecer el mantenimiento de los Sistemas Operativos.
A continuación se describen las distintas estructuras que presentan los actuales Sistemas Operativos para satisfacer las necesidades que de ellos se quieren obtener. Éstas no son de ninguna manera las únicas estructuras posibles, pero nos darán una idea de algunos diseños que se han llevado a la práctica.
Los cuatro diseños son:
Los Sistemas Monolíticos.
Los sistemas Monolíticos son la estructura más simple para un Sistema Operativo. También llamados de Estructura Modular, fue escrito para proporcionar una máxima funcionalidad dentro del menor espacio posible.
Se caracteriza porque no tienen una estructura totalmente clara, con ésto nos referimos a que sus rutinas y funcionalidades (ej. manejo de drivers, sistemas de archivos, gestión de memoria, etc.), se encuentran agrupados en un solo programa (el Sistema Operativo).
Este sistema está descrito como un conjunto de procedimientos o rutinas entrelazadas de tal forma que cada una tiene la posibilidad de llamar a las otras rutinas cada vez que así lo requiera. Sin embargo, cabe destacar las falencias en este tipo de estructura que radica principalmente en la poca confiabilidad otorgada, ya que todo el sistema, al no tener una estructura definida, se ejecuta todo en el mismo nivel del núcleo (kernel) lo que lo hace altamente vulnerable, por esta razón cuando falla un programa se produce un error en todo el sistema.
Ejemlos de sistemas monolíticos:
Los ejemplos típicos de este sistema son Unix, MS-DOS y Mac OS hasta Mac OS 8.6. Otros ejemplos son:
- Linux
- Syllable
- Núcleos tipo DOS
- DR-DOS
- Familia Microsoft Windows 9x (95, 98, 98SE, Me)
Los sistemas de Micronúcleo o Microkernel
El Micronúcleo surge como una nueva forma de organización para un Sistema Operativo, es un término algo tedioso de entender ya que puede no ser relativo a su tamaño, pero si a su diseño.
En este sistema las funciones centrales son manejadas por el núcleo(kernel) y la interfaz de usuario es manejada por el entorno(shell). El Microkernel se encarga de todo el código de un sistema, y de planificar los hilos(threads) con la finalidad de tener multitareas.
Algunas ventajas que podemos destacar de los Micronúcleos son los siguientes:
•Uniformidad de interfaces: disponen de una interfaz única para las solicitudes de los procesos, el paso de mensajes.
•Portabilidad: reduciendo el núcleo e implementando casi todo en servidores, para implementarlo en arquitecturas diferentes, sólo habría que modificar el núcleo haciendo más simple su portabilidad.
•Fiabilidad: es más fácil corregir fallas en un sistema pequeño ya que se pueden realizar pruebas más rigurosas que en un sistema mucho más grande.
Ejemplos de los sistemas micronúcleo son:
- AIX
- BeOS
- Mach
- MorphOS
- QNX
- Minix
- Hurd
- L4
- RadiOS
- Symbian
- VSTa
Los sistemas por capas o jerárquica
Utilización de servicios de capas inferiores.
En esta estructura el Sistema Operativo queda definido modularmente por divisiones en capas o niveles, cuya organización está dada como una jerarquía de capas donde cada una de ellas ofrece una interfaz clara y bien definida, la capa superior solamente utiliza los servicios y funciones que ofrece la capa inferior, es decir, la capa n sólo se comunica para obtener lo requerido con la capa n-1 (Ver imagen derecha), donde la capa inferior es la más privilegiada. El encargado de que solamente haya comunicación entre capas adyacentes es el procesador.
La capa más interna o inferior (capa 0) corresponde al Hardware, mientras que la más alta o externa corresponde a la interfaz de usuario.
El primer sistema construido de esta manera fue el sistema THE (Technische Hogeschool Eindhoven), desarrollado en Holanda por E. W. Dijkstra (1968) y sus estudiantes.
El sistema original consta de 6 capas:
Capa 5: Se encuentra la interfaz de usuario.
Capa 4: Aloja los programas de usuario.
Capa 3: Se controlan los dispositivos E/S (entrada y salida).
Capa 2: Se administra la comunicación inter-proceso y la consola del operador.
Capa 1: Administración de memoria y discos.
Capa 0: Correspondiente al Hardware, realizando asignación del procesador, también alterna entre procesos cuando ocurren interrupciones o se han expirado y proporciona multiprogramación básica de la CPU.
Ejemplos de sistemas de capas:
- THE (Technische Hogeschool Eindhoven)
- Venus
- MULTICS (Multiplexed Information and Computing Service)
Sistemas por módulos
La mayoría de los sistemas operativos modernos implementan este enfoque. Lo que caracteriza este tipo de estructura es que el kernel se compone por módulos, y cada uno de estos módulos se encuentra separado de forma independiente, tal que, si alguno falla no afecta a los otros, ni al núcleo, por ejemplo, si el módulo de software que se encarga de controlar el proceso de Telnet en una unidad se bloquea o es atacado, sólo este proceso se verá afectado. El resto de las operaciones siguen sus funciones habituales. Los módulos se pueden cargar dinámicamente en el núcleo cuando se necesiten, ya sea, en tiempo de ejecución o durante el arranque del sistema. El kernel dispone de los componentes fundamentales y se conectan directamente con servicios adicionales. Además otros componentes pueden cargarse dinámicamente al núcleo. Este enfoque modular utiliza la programación orientada a objetos.
En general, esta estructura se parece bastante a la de capas, pero es mucho más flexible debido a que cualquier módulo de esta estructura puede llamar a otro. Es similar a la estructura de microkernel, pues el kernel también tiene las funciones esenciales , pero este es más eficiente ya que, no necesitan un mecanismo de paso de mensajes para comunicarse, sólo interfaces conocidas.
Ejemplo de sistema por modulos::
- Unix modernos
- Solaris
- Linux
- Mac OSX
