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1. GESTIÓN DE ALMACENAMIENTO SECUNDARIO
La gestión de almacenamiento secundario es la función asignada al módulo o componente del sistema operativo encargado de gestionar (o administrar) la información almacenada en los dispositivos de memoria secundaria, llamados también dispositivos de almacenamiento masivo (ejemplo, discos duros). Estos soportes conservan la información de forma permanente, es decir, cuando se apaga el ordenador, los datos siguen guardados. A tal módulo (o componente) se le conoce como gestor de memoria secundario o gestor del sistema de archivos. Por consiguiente, el gestor del sistema de archivos es el módulo del sistema operativo encargado de gestionar la información almacenada en los dispositivos de memoria secundaria, como los discos duros y otros dispositivos de almacenamiento masivo. La gestión de almacenamiento secundario debe garantizar con respecto a la información almacenada, lo siguiente: Su exactitud Su coherencia Su recuperación eficiente Mediante la gestión de almacenamiento secundario se puede: Asociar un nombre de archivo con una parte del espacio del disco Proporcionar métodos de acceso a los archivos Hacer transparente la estructura física del disco El gestor de almacenamiento secundario como componente (o módulo) del sistema operativo se presenta como un conjunto de programas para organizar los archivos de dos (2) formas: Organización lógica de los archivos : Proporcionar al usuario una visión lógica de los archivos (que se abstrae de la organización física) Organización física de los archivos : Permite al sistema operativo administrar los archivos en el almacenamiento secundario (por ejemplo, discos) y optimizar el uso del espacio disponible El usuario, a través de la organización lógica de la gestión de información secundaria, debe ser capaz de: Organizar su información en archivos y conjuntos de archivos Acceder a los datos Identificar cada archivo con un nombre lógico Operar con archivos (crear, eliminar, cambiar el nombre, modificar) Proteger sus archivos de accesos no deseados El sistema operativo, a través de la organización física de la gestión de información secundaria, debe ser capaz de: Llevar la cuenta de los archivos almacenados y su ubicación física en los dispositivos Optimizar el uso del espacio en el dispositivo
Gestionar las comunicaciones entre la memoria principal y la memoria secundaria La memoria principal (almacenamiento primario, RAM) se caracteriza por ser volátil, y ante cualquier falla (por ejemplo, interrupción eléctrica) puede terminar perdiendo la información que contiene, además de que es insuficiente (o muy pequeña) para el almacenamiento de los programas y los datos que no convenga mantener en la memoria principal. Por estas razones, es necesario que exista un segundo módulo de almacenamiento, para que los datos permanezcan allí a largo plazo y como ya señalamos, corresponde al sistema de almacenamiento secundario también denominado memoria virtual. De igual forma que ocurre con la memoria central, el SO, se ocupa de gestionar el espacio libre y asigna el orden de almacenamiento, asimismo se encarga de que todo quede almacenado correctamente, así como también de cuánto y dónde queda espacio libre; es decir, el sistema operativo en su función de gestión de la memoria secundario es el encargado de: Planificar los discos Gestionar el espacio libre Asignar el almacenamiento Verificar que los datos se guarden en orden Es importante reseñar que el almacenamiento secundario (memoria secundaria, memoria auxiliar o memoria externa) no es el conjunto de dispositivos (aparatos) y medios (soportes) de almacenamiento, que conforman el subsistema de memoria de una computadora, junto a la memoria principal. En efecto, no deben confundirse las "unidades o dispositivos de almacenamiento" con los "medios o soportes de
un segmento de datos y comienza el siguiente. Es el encargado de administrar y facilitar el uso de las memorias periféricas, ya sean secundarias o terciarias. Sus principales funciones, como ya se ha señalado son la asignación de espacio a los archivos, la administración del espacio libre y del acceso a los datos resguardados. Estructuran la información guardada en un dispositivo de almacenamiento de datos o unidad de almacenamiento (normalmente un disco duro de una computadora), que luego será representada ya sea textual o gráficamente utilizando un gestor de archivos. En efecto, los sistemas de archivos pueden representarse de forma gráfica a través del explorador de archivos o de forma textual (CLI) a través del shell textual. En la representación gráfica (GUI), se utiliza generalmente la metáfora de las carpetas que contienen documentos (los archivos) y otras subcarpetas. Al separar los datos en secciones y dar un nombre a cada una de ellas, los datos se pueden aislar e identificar fácilmente. Tomando su nombre de la forma en que se denomina el sistema de gestión de datos vertidos en el papel (documento), cada grupo de datos se llama "archivo". Los archivos son colecciones de información relacionada, definidas por sus creadores: éstos almacenan programas (en código fuente y objeto) y datos tales como imágenes, textos, información de bases de datos, etc. La estructura y las reglas lógicas utilizadas para gestionar los grupos de datos y sus nombres se llama "sistema de archivos". El sistema operativo a través del “sistema de archivos” es responsable de: Construir y eliminar archivos y directorios. Ofrecer funciones para manipular archivos y directorios. Establecer la correspondencia entre archivos y unidades de almacenamiento. Realizar copias de seguridad de archivos. Algunos sistemas de archivos (como NFS) no interactúan directamente con los dispositivos de almacenamiento. Los dispositivos de almacenamiento, como los discos duros, se presentan al sistema operativo como conjuntos de bloques de tamaño fijo, generalmente llamados
sectores, normalmente de 512 bytes cada uno (clusters). Las operaciones disponibles son la lectura y la escritura de un bloque arbitrario, o a veces de un conjunto de bloques. Sobre la base de este servicio proporcionado por los dispositivos de bloques, el sistema de archivos alcanza dos niveles de abstracción, que hacen que los recursos de almacenamiento masivo sean fácilmente utilizables por los usuarios. El software del sistema de archivos es responsable de la organización de estos sectores en archivos y directorios y mantiene un registro de qué sectores pertenecen a qué archivos y cuáles no han sido utilizados. En la práctica, un sistema de archivos también puede ser utilizado para acceder a datos generados dinámicamente, como los recibidos a través de una conexión de red de computadoras (sin la intervención de un dispositivo de almacenamiento). Los sistemas de archivos proveen métodos para crear, mover, renombrar y eliminar tanto archivos como directorios, pero carecen de métodos para crear, por ejemplo, enlaces adicionales a un directorio o archivo (enlace duro en Unix) o renombrar enlaces padres (".." en Unix). El acceso seguro a sistemas de archivos básicos puede estar basado en los esquemas de lista de control de acceso (Access Control List, ACL) o en capacidades. Las ACL hace décadas que demostraron ser inseguras, por lo que los sistemas operativos experimentales utilizan el acceso por capacidades. Los sistemas operativos comerciales todavía funcionan con listas de control de acceso. Hay muchos tipos diferentes de sistemas de archivos. Cada uno de ellos tiene una estructura y una lógica diferentes, así como propiedades de velocidad, flexibilidad, seguridad y tamaño, entre otras. Algunos sistemas de archivos han sido diseñados para ser utilizados en aplicaciones específicas. Por ejemplo, el sistema de archivos ISO 9660 está diseñado específicamente para discos ópticos. Los sistemas de archivos pueden utilizarse en numerosos tipos de dispositivos de almacenamiento que utilizan diferentes tipos de medios. En los últimos 25 años, las unidades de disco duro han sido los dispositivos de almacenamiento clave y se prevé que sigan siéndolo en un futuro próximo. Otros tipos de medios que se utilizan son los SSD, las cintas magnéticas y los discos ópticos. En algunos casos, como con tmpfs, la memoria principal del ordenador (memoria de acceso aleatorio, RAM) se utiliza para crear un sistema de archivos temporal para su uso a corto plazo. Algunos sistemas de archivos se utilizan en dispositivos de almacenamiento de datos locales; otros proporcionan acceso a los archivos a través de un protocolo de red (por ejemplo, NFS, SMB o clientes 9P). Algunos sistemas de archivos son "virtuales", lo que significa que los "archivos" suministrados (llamados archivos virtuales) se calculan a petición (como procfs y sysfs) o son simplemente un mapeo en un sistema de archivos diferente utilizado como almacén de respaldo. El sistema de archivos gestiona el acceso tanto al contenido de los archivos como a los metadatos sobre esos archivos. Es responsable de organizar el espacio de almacenamiento; la
La seguridad: es la ausencia de un riesgo. Aplicando esta definición al tema correspondiente, se hace referencia al riesgo de accesos no autorizados, de manipulación de información, manipulación de las configuraciones, entre otros. La protección: son los diferentes mecanismos utilizados por el SO para cuidar la información, los procesos, los usuarios, etc. El sistema de protección es el encargado de obligar a utilizar mecanismos de protección, determinar los controles de seguridad a realizar o establecer diferencias entre el uso autorizado y no autorizado. En otras palabras, es el mecanismo que controla el acceso de los programas o los usuarios, a los recursos del sistema y especifica los controles de seguridad a realizar, es decir, es un mecanismo de control para el acceso de los programas, procesos o usuarios al sistema o recursos. Hay importantes razones para proveer protección. La más obvia es la necesidad de prevenirse de violaciones intencionales de acceso por un usuario. Otras de importancia son, la necesidad de asegurar que cada componente de un programa, use solo los recursos del sistema de acuerdo con las políticas fijadas para el uso de esos recursos. Un recurso desprotegido no puede defenderse contra el uso no autorizado o de un usuario incompetente. Los sistemas orientados a la protección proveen maneras de distinguir entre uso autorizado y desautorizado. Objetivos Inicialmente protección del SO frente a usuarios poco confiables. Protección: control para que cada componente activo de un proceso sólo pueda acceder a los recursos especificados, y sólo en forma congruente con la política establecida. La mejora de la protección implica también una mejora de la seguridad. Las políticas de uso se establecen: o Por el hardware. o Por el administrador del sistema. o Por el usuario propietario del recurso: para proteger sus propios archivos y programas. El principio de separación entre mecanismo y política hace flexible al sistema: o Mecanismo: con que elementos (hardware y/o software) se realiza la protección. Los mecanismos determinan cómo algo se hará. o Política: es el conjunto de decisiones que se toman para especificar como se usan esos elementos de protección. Las políticas deciden qué se hará. La política puede variar: o Dependiendo de la aplicación. o A lo largo del tiempo. La protección no solo es cuestión del administrador, sino también del usuario. El sistema de protección debe:
o Distinguir entre usos autorizados y no autorizados. o Especificar el tipo de control de acceso impuesto. o Proveer medios para el aseguramiento de la protección. Funciones del sistema de protección Control de acceso que hace referencia a las características de seguridad que controlan quien puede obtener acceso a los recursos de un sistema operativo. Las aplicaciones llaman a las funciones de control de acceso para establecer quien puede obtener acceso a los recursos específicos o controlar el acceso a los recursos proporcionados por la aplicación. Un sistema de protección deberá tener la flexibilidad suficiente para poder imponer una diversidad de políticas y mecanismos. Existen varios mecanismos que pueden usarse para asegurar los archivos, segmentos de memoria, CPU, y otros recursos administrados por el Sistema Operativo. Por ejemplo, el direccionamiento de memoria asegura que unos procesos puedan ejecutarse solo dentro de sus propios espacios de dirección. El “timer” asegura que los procesos no obtengan el control de la CPU en forma indefinida. La protección se refiere a los mecanismos para controlar el acceso de programas, procesos, o usuarios a los recursos definidos por un sistema de computación. La seguridad es la serie de problemas relativos a asegurar la integridad del sistema y sus datos. Hay importantes razones para proveer protección. La más obvia es la necesidad de prevenirse de violaciones intencionales de acceso por un usuario. Otras de importancia son, la necesidad de asegurar que cada componente de un programa, use solo los recursos del sistema de acuerdo con las políticas fijadas para el uso de esos recursos. Un recurso desprotegido no puede defenderse contra el uso no autorizado o de un usuario incompetente. Los sistemas orientados a la protección proveen maneras de distinguir entre uso autorizado y desautorizado. Dentro de las funciones del sistema de protección del sistema operativo encontramos: Controlar el acceso a los recursos Asegurarse que todos los accesos a los recursos del sistema están controlados Sistemas de protección Los mecanismos de protección proporcionan un acceso controlado limitando los tipos de acceso a archivos que los diferentes usuarios pueden efectuar. También se requiere protección para asegurar que sólo los procesos que hayan obtenido la autorización debida del sistema operativo puedan operar no sólo con los archivos sino también con los segmentos de memoria, CPU y otros recursos. La protección se proporciona con un mecanismo que controla el acceso de los programas, proceso o usuarios a los recursos definidos por el sistema que se impondrán, y hacer cumplir las restricciones.
5. PROGRAMAS DEL SISTEMA
En este punto debemos hacer una aclaratoria, pues la literatura al respecto tiene dos enfoques claramente definidos: un enfoque amplio, que hace uso del concepto de “software”, y uno más estricto, que se circunscribe al concepto de “sistema operativo”. El enfoque amplio En el enfoque amplio (aceptado por la mayoría de la literatura europea y una parte de la literatura americana), los programas del sistema son el conjunto de programas que componen el sistema operativo, los cuales a partir del concepto de software, pueden ser clasificados en dos (2) tipos:
1. Programas de control : son aquellos programas dedicados a coordinar el
funcionamiento de todos los recursos y elementos de la computadora como el procesador, la memoria, las operaciones de entrada/salida, la información y en definitiva, todo el entorno del sistema incluidos los periféricos. Se encuentran concentrados en el núcleo o kernel. Éstos son los encargados de: a. Gestión del procesador. b. Gestión de memoria. c. Gestión de E/S. d. Gestión de datos. e. Gestión del sistema.
2. Programas de proceso : son aquellos programas del sistema que sirven para
ayudar al programador (o usuario) en su tarea de escribir aplicaciones. Los hay de dos tipos: a. Traductores. b. De servicio (Utilidades).
1. Programas de control Los programas de control se dedican a coordinar el funcionamiento de todos los recursos y elementos de la computadora, es decir, el procesador, la memoria, las operaciones de entrada/salida, la información y en definitiva todo el entorno del sistema incluidos los periféricos. Los mismos, se encuentran concentrados en el núcleo o kernel. Los principales programas de control son: a) Gestión del procesador Los programas del grupo de gestión del procesador son los encargados de la preparación de los programas de usuario para su ejecución, así como de la asignación de tiempos en el procesador. Las funciones de la gestión del procesador son: Preparación de programas : transferir los programas ejecutables de usuario desde la memoria externa a la memoria central de la computadora a partir de una dirección de memoria, por medio de un programa que se denomina cargador.
Planificación del procesador : controla el tiempo de utilización del procesador de cada proceso. Asignación de periféricos : transforma las solicitudes de uso de periféricos hecha por los programas a los equipos físicos concretos. Relanzamiento de programas : establecer un punto de control en el instante de la interrupción para que se pueda reproducir el estado que tenía el proceso cuando se vuelva a reactivar. b) Gestión de memoria Son los programas del sistema operativo que asignan y controlan el almacenamiento en la memoria interna y externa de la computadora. c) Gestión de entrada/salida Los programas de gestión de entrada/salida se ocupan de las operaciones que un proceso realice sobre un dispositivo externo, como impresoras, lector de CD/DVD. d) Gestión de datos Controlan y coordinan las operaciones relativas al movimiento de datos e informaciones en la computadora, como pueden ser las de transferencia, tratamiento o manejo de archivos de datos. Sus funciones son: Control de periféricos. Control de transferencia de la información. Tratamiento de cada bloque de información. Apertura y cierre de archivos. Acceso a los archivos. e) Gestión del sistema También denominado supervisor, es el conjunto de programas que se encarga de la coordinación y supervisión del funcionamiento de los programas. Sus funciones son: Protección de memoria. Errores en la memoria. Errores de programa.
2. Programas de proceso Los programas de proceso sirven para ayudar al programador en su tarea de escribir aplicaciones. Los hay de dos tipos: a) Traductores : Éstos a su vez, pueden ser: Programas ensambladores. Programas compiladores. Programas intérpretes. b) De servicio : Utilidades (o aplicaciones; en inglés utilities) a) Traductores o programas traductores
El enfoque estricto En el enfoque estricto (aceptado por una parte de la literatura americana y algunas europeas), los programas del sistema se identifican como parte de los módulos o las componentes del sistema operativo y son aplicaciones que se instalan con el sistema operativo pero que no forman parte de él. Son útiles para el desarrollo y ejecución de los programas de los usuarios. Las tareas que realizan los programas del sistema, en el enfoque estricto, son: Manipulación y modificación de archivos; Información del estado del sistema; Soporte a lenguajes de programación; Comunicaciones. El sistema operativo es el encargado de gestionar las tareas que realizan los diferentes programas del sistema. Si bien ambos enfoques pudieran parecer contradictorios, lo cierto es que más bien son complementarios, siempre y cuando exista claridad de qué módulo o componente del sistema operativo se está hablando y cuál es su función.
6. GESTOR DE RECURSOS El gestor de recursos es el componente del sistema operativo encargado de administrar (o gestionar) los dispositivos de entrada y salida, programas o procesos en ejecución, la memoria secundaria o los discos y los recursos del sistema en general. En otros términos, el sistema operativo administra cada una de las partes principales de la computadora por medio de un gestor de recursos; en su función de administrar implica también la seguridad y la comunicación del CPU y los dispositivos externos que se conectan a la computadora. De igual manera que ocurre con la memoria secundaria e interna, donde en ocasiones, es necesario hacer limpieza y sustituir partes que se almacenan de una a otra. Por lo general, el sistema operativo a través de este componente (o módulo) administra todos los recursos del sistema y todos los elementos que están en contacto con dicho sistema.
El sistema operativo en su función de gestión de recursos (o actuando como gestor de recursos) garantiza el funcionamiento básico de una computadora (u ordenador), coordinando y gestionando los recursos de hardware para el procesamiento (CPU o procesador) y el almacenamiento (memoria primaria), los periféricos, los recursos y las actividades de software (procesos) y actuando como interfaz con el usuario, sin la cual no sería posible utilizar el propio ordenador y los programas o software específicos, como las aplicaciones o las bibliotecas (o del anglicismo, librerías) de software. Como gestor de recursos, el sistema operativo administra: La unidad central de procesamiento (donde está alojado el microprocesador). Los dispositivos de entrada y salida. La memoria principal (o de acceso directo). Los discos (o memoria secundaria). Los procesos (o programas en ejecución). En general todos los recursos del sistema.
