Objetivos de la Clase
General:
Comprender la organización interna de un sistema operativo y sus diferentes modelos de estructura para analizar su funcionamiento y aplicación en distintos entornos computacionales.
Específicos:
Identificar
Los principales componentes que forman la estructura de un sistema operativo
Diferenciar
Entre los modelos de organización (monolítico, en capas, microkernel, híbrido, modular)
Reconocer
Ventajas y desventajas de cada modelo de estructura
Aplicar
Ejemplos reales de sistemas operativos comerciales y de código abierto que emplean estas estructuras
2 Introducción
Un sistema operativo (SO) no es un programa único, sino un conjunto organizado de módulos que trabajan en conjunto para gestionar recursos y ofrecer servicios a los usuarios y aplicaciones.
Rendimiento
Eficiencia en gestión de recursos
Seguridad
Protección y aislamiento
Mantenimiento
Facilidad de actualización y depuración
3.1 Componentes principales de un SO
Núcleo (Kernel)
Parte central que controla CPU, memoria, dispositivos de E/S y llamadas al sistema.
Gestión de procesos
Administra la ejecución, planificación y sincronización de procesos.
Gestión de memoria
Controla la asignación, liberación y protección de la memoria principal.
Gestión de archivos
Organiza y proporciona acceso seguro a los datos en almacenamiento secundario.
Relación entre componentes:
Estos componentes trabajan de forma coordinada: el kernel actúa como coordinador principal, mientras que los demás módulos gestionan recursos específicos bajo su supervisión.
3.2 Modelos de Estructura de un SO
Estructura Monolítica
Todo el sistema operativo corre como un único programa en modo kernel.
Ventajas
- Rápido
- Menos capas de comunicación
- Alto rendimiento
Desventajas
- Difícil de mantener
- Un fallo puede tumbar todo el sistema
- Poca modularidad
Ejemplo:
MS-DOS, primeras versiones de UNIX
Estructura en Capas
Organizado en niveles jerárquicos. Cada capa interactúa con la inferior y superior.
Ventajas
- Modularidad
- Facilita depuración
- Abstracción por niveles
Desventajas
- Sobrecarga de comunicación
- Complejidad
- Menor rendimiento
Ejemplo:
THE (Dijkstra), OS/2
Microkernel
El kernel es mínimo, gestiona solo lo esencial (procesos, memoria, comunicación entre procesos).
Ventajas
- Mayor seguridad
- Mayor estabilidad
- Fácil extensión
Desventajas
- Menor rendimiento por comunicación entre procesos
- Mayor complejidad de diseño
Ejemplo:
Mach, Minix, QNX
Estructura Híbrida
Combina microkernel y monolítico.
Ventajas
- Equilibrio entre rendimiento y modularidad
- Mejor compatibilidad
- Flexibilidad
Desventajas
- Complejidad en el diseño
- Mayor tamaño del kernel
Ejemplo:
Windows NT/10/11, Linux, macOS
Estructura Modular
Usa módulos cargables dinámicamente, facilitando extensibilidad.
Ventajas
- Flexibilidad
- Personalización
- Mantenimiento más fácil
Desventajas
- Requiere gestión cuidadosa de dependencias
- Posibles conflictos de módulos
Ejemplo:
Linux, Solaris
4 Ejemplos Reales
Linux
Estructura: Modular/Híbrido
Se pueden cargar y descargar módulos como drivers con 'modprobe'.
→ Lista los módulos del kernel cargados en memoria
sudo modprobe [nombre_modulo]
Windows
Estructura: Híbrido
Combina microkernel con servicios en modo usuario para mejorar rendimiento.
Ctrl + Shift + Esc
Android
Estructura: Modular
Basado en Linux modular, con servicios propios (HAL, ART, Binder).
macOS
Estructura: Híbrido
Basado en XNU, que mezcla Mach (microkernel) y BSD (monolítico).
5 Ejemplo Práctico
Linux (Ubuntu):
# Lista los módulos del kernel cargados en memoria
sudo modprobe -r [modulo]
# Elimina un módulo del kernel
sudo modprobe [modulo]
# Carga un módulo en el kernel
Windows:
Uso del Administrador de tareas → ver procesos y servicios en ejecución.
Acceso rápido:
- Ctrl + Shift + Esc → Administrador de tareas
- Win + X → Menú de usuario avanzado
- services.msc → Servicios del sistema
Actividad Evaluativa
Parte A – Preguntas cortas:
1. ¿Qué es el kernel y qué funciones cumple?
2. Mencione dos ventajas y dos desventajas de una estructura monolítica.
3. ¿Qué diferencia principal existe entre un microkernel y un kernel monolítico?
4. Cite un ejemplo de un SO híbrido y justifique por qué se clasifica así.
5. ¿Cuál estructura considera más adecuada para dispositivos móviles? Argumente.
Parte B – Ejercicio aplicado:
En grupos de 3 estudiantes, investiguen qué estructura usa su sistema operativo actual (Windows, Linux, macOS, Android).
Presenten un cuadro comparativo con:
- Estructura del SO
- Ventajas
- Desventajas
- Justificación del fabricante
- Ejemplos de módulos
- Comandos de gestión
8 Conclusión
El estudio de la estructura de un SO permite comprender por qué unos sistemas son más seguros, rápidos o escalables que otros.
Tendencia actual:
La tendencia actual se centra en modelos híbridos y modulares, buscando un equilibrio entre rendimiento, seguridad y flexibilidad. Los sistemas modernos como Windows, Linux y macOS utilizan estas arquitecturas para adaptarse a las necesidades de diferentes dispositivos y entornos.
Rendimiento
Híbrido/Modular
Seguridad
Microkernel/Híbrido
Flexibilidad
Modular
Material de Estudio
PDF del tema
Documentación completa sobre estructura de SO
Guía de estudio
Resumen y ejercicios prácticos
Video explicativo
Arquitectura de sistemas operativos
Plantilla cuadro comparativo
Para la actividad evaluativa