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Consejo Nacional para el Entendimiento Público de la Ciencia.

Comparativa de sistemas operativos de tiempo real y sistemas operativos de tiempo compartido, para plataforma intel x86 y sus compatibles


Alfredo De la Barrera González1, Diego Alejandro Garnica Arriaga2, Pedro Guevara Lopez3 Contacto , Contacto , Contacto 1, 2 ,3 Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (Culhuacán) - IPN, México Teléfono (55) 56242000 Ext. 73253

Un sistema operativo (SO) es un programa o conjunto de programas que se requieren en una computadora de propósito general o específico para su adecuado funcionamiento; esto es para que interactúe con el hardware, periféricos, programas y con los usuarios. En la actualidad existen diferentes tipos de SO de acuerdo a la función que la computadora realice; tomando en cuenda la forma en que asignan el tiempo al uso de sus recursos pueden clasificarse en: Sistemas Operativos de Tiempo Compartido (SOTC) y Sistemas Operativos de Tiempo Real (SOTR). En este trabajo se presentan primero las funciones de un Sistema Operativo, en seguida las características de un SOTC, posteriormente las de una SOTR y finalmente se muestra una comparativa en cuanto a características, desempeño y aplicaciones.

Funciones de un Sistema Operativo
El Sistema operativo (SO) para computadora es el núcleo del programa que controla las funcio-nes de entrada y salida de datos en una computadora, administra los servicios, recursos y funcio-nes que están disponibles para programas de aplicación específi-ca con los que son compatibles; es el software que permite al usuario interactuar con el hard-ware de la computadora de forma transparente, controla las asigna-ciones de memoria, administra las solicitudes del sistema, facilita y administra la información obte-nida, y en caso de existir adminis-tra los archivos y las conexiones de red.
Plataforma X86, es la denomina-ción genérica de ciertos micropro-cesadores de la marca Intel, sus compatibles y la arquitectura básica a la que pertenecen estos procesadores, por la terminación de sus nombres numéricos: 8086, 80286, 80386, 80486, etc. Más recientemente en Pentium IV y multinucleo, han constituido des-de su nacimiento un estándar para los ordenadores del tipo compatible con IBM.

La comercial popularidad de esta arquitectura hizo que muchos fabricantes, además de Intel, empezaran a fabricar en masa microprocesadores basados en esta arquitectura. Estas compañ-ías son entre otras AMD, Cyrix, NEC Corporation y Transmeta [1]
Un sistema operativo es un pro-grama que le permite a la compu-tadora poder ejecutar y adminis-trar diferentes programas de aplicación específica, están dise-ñados con una gran cantidad de memoria tipo RAM, con el fin de que se puedan ejecutar los dife-rentes programas de aplicación del usuario, una memoria de almacenamiento (disco duro), donde se puedan guardar los programas así como los datos por procesar e incluso los proce-sados. Es la parte operativa de un hardware basado en un CPU o microprocesador de buenas prestaciones como los de la pla-taforma Intel x86 y los compati-bles como los de AMD. Estas computadoras constan de dispo-sitivos de entrada de información, de almacenamiento y de salida de datos.
Un sistema operativo embebido
es un sistema de computación contenido en un circuito integrado diseñado para realizar tareas específicas y de poco volumen de manejo de datos, la aplicación es fija y en muchas ocasiones el sistema resultan-te no tiene el aspecto de una computadora como común-mente se conoce, el hardware don-de se utilizan está basado en un microprocesa-dor, micro contro-lador o DSP, con el fin de que tenga pocos componentes exter-nos y sea compacto. Pudiendo funcionar como sistema operativo de tiempo real, tiempo comparti-do o como lo requiera la aplica-ción. Como ejemplos se tienen impresora, modem, mouse, re-productor digital de música, etc.
Los sistemas operativos a su vez se pueden subdividir en dos gru-pos principales: los de tiempo compartido y los de tiempo real.
Uno de los primeros SO que gozaron de gran popularidad es el MS-DOS (Microsoft Disk Ope-rating System, Sistema operativo en disco de Microsoft). Tenía la característica de ser monousua-rio y mono tarea; Microsoft es la compañía que lo diseño, e IBM la empresa que lo hizo estándar al adoptarlo en sus computadoras personales. En su inicio este sistema operativo empleaba discos flexibles con una organiza-ción determinada [2]. Los discos se podían grabar por una o por dos caras y la información se organiza en 40 pistas de 8 ó 9 sectores de un tamaño de 512 caracteres, reservándose el siste-
ma para la propia información del disco, que puede ser disco remo-vible o disco duro, teniendo en el segundo más capacidad pero similar estructura.
Sistemas operativos de tiempo compartido
Los sistemas de tiempo comparti-do se crearon para brindar el uso interactivo de un sistema de com-putador a un costo razonable. Un sistema operativo de tiempo compartido utiliza técnicas de planificación y programación concurrente para dar la aparien-cia que se están ejecutando si-multáneamente múltiples proce-sos y ofrecer a cada usuario una pequeña porción del tiempo de una computadora. Cada usuario tiene por lo menos un programa individual en la memoria. Su introducción en los años 1960, y su asentamiento como modelo típico de la computación en los años 1970, representa un cambio importante en la historia de la computación. Al permitir que un gran número de usuarios interac-tuara simultáneamente en una sola computadora, el coste del servicio de computación bajó drásticamente, mientras que al mismo tiempo hacía la experien-cia computacional mucho más interactiva. Este tipo de SO Per-miten la simulación de que el sistema y sus recursos son todos para cada usuario. El usuario hace una petición a la computa-dora, está la procesa tan pronto como le es posible, y la respues-ta aparecerá en la terminal del usuario. Los principales recursos del sistema, el procesador, la memoria, dispositivos de E/S, son continuamente utilizados entre los diversos usuarios, dan-do a cada usuario la ilusión de que tiene el sistema dedicado para sí mismo. Esto trae como consecuencia una gran carga de trabajo al SO, principalmente en la administración de memoria principal y secundaria [3].

CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA OPERA-TIVO TIEMPO COMPARTIDO [4].
1. Dan la apariencia de que cada usuario tiene una máquina para sí mismo.
2. La mayoría utilizan algoritmo de planifica-ción circular. Es decir, a cada proceso se le da un fracción de tiempo para ejecutar-se y al terminar esta, se ejecuta el si-guiente proceso. El primer proceso se forma hasta que le toque su turno nueva-mente.
3. Evitan monopolizar el procesador; esto se logra asignando tiempos de procesa-dor durante el cual se permite ejecutarse de forma ininterrumpida una parte del código de un proceso.
4. La gestión de archivos y memoria, debe proporcionar protección y control de ac-ceso debido a que pueden existir múlti-ples usuarios accesando un mismo archi-vo.
5. Pueden ser multiusuario, esto es, el uso de un sistema por más de una persona al mismo tiempo.
En este aspecto, es similar a la capacidad de multitareas que es común en la mayoría de las microcomputadoras. Sin embargo el tiem-po compartido se asocia generalmente con el acceso de varios usuarios a computadoras más grandes y a organizaciones de servi-cios, mientras que la multitarea relacionada con las microcomputadoras implica la reali-zación de múltiples tareas por un solo usua-rio.
Ejemplos de sistemas operativos de tiem-po compartido
Los SOTC son muy comerciales, general-mente vienen preinstalados en las computa-doras nuevas, algunos ejemplos de ellos son:

Mac OS. El lanzamiento oficial del ordenador Macin-tosh en enero de 1984. Inclu-ía su sistema operativo Mac OS, cuya características novedosas era una GUI (Graphic User Interface), Multitareas y Mouse. Pro-vocó diferentes reacciones entre los usuarios acostum-brados a la línea de coman-dos y algunos tachando el uso del Mouse como juguete.
Microsoft Windows. A mediados de los años 80´s se crea este sistema operati-vo y hasta Windows 3.11 solo era una interfaz gráfica del MS-DOS, en el cual se disponía de unos diskettes para correr los programas, pero no es hasta la salida de Windows 95 que se le puede considerar un sistema opera-tivo como tal. Hoy en día es el sistema operativo más difundido en el ámbito co-mercial aunque también hay versiones para servidores como Windows NT y Server 2000 . Años después se hizo el Windows 98 que era el más eficaz de esa época. En el año 1999, y en vísperas del cambio de milenio, se liberó el sistema operativo de Windows Me, (Millenium Edition). Un año después se liberó el sistema operativo Windows 2000. Después le seguiría el sistema operativo más utilizado en la actuali-dad, Windows XP y otros sis-temas operativos de esta familia especializados en las empresas. Ahora el más reciente es Windows 7 (Windows Seven) que salió al mercado el 22 de octubre del 2009, dejando atrás al Windows Vista, que tuvo innumerables criticas duran-te el poco tiempo que duró en el mercado [5].
LINUX.-Sistema operativo libre, similar a UNIX, des-arrollado colectivamente por miles de programadores en todo el mundo desde 1991, evolucionando de un proyec-to de programación de un par de personas. Su código es completamente gratuito y es un sistema dinámico que se encuentra en constante actualización. Es posible obtenerlo desde diferentes puntos de Internet [6].

SOLARIS UNIX es un sistema operativo portable, multitarea y multiusuario; desarro-llado, en principio, en 1969 por un grupo de empleados de los laboratorios Bell de AT&T, entre los que figuran Ken Thomp-son, Dennis Ritchie y Douglas McIlroy [9], para su uso en mini computadoras. El pri-mer sistema operativo de Sun nació en 1983 y se llamó inicialmente SunOS. Esta-ba basado en el sistema UNIX BSD, de la Universidad de California en Berkeley, del cual uno de los fundadores de la compañía fue programador en sus tiempos universita-rios. Más adelante incorporó funcionalida-des del System V, convirtiéndose práctica-mente en un sistema operativo totalmente basado en System V. Solaris es un sistema operativo desarrollado actualmente por Oracle Corporation como sucesor de Su-nOS. Es un sistema certificado oficialmente como versión de Unix. Funciona en arqui-tecturas SPARC y x86 para servidores y estaciones de trabajo [7].
Sistemas operativos de tiempo real.
Un Sistema en Tiempo Real es aquel siste-ma que interactúa con eventos físicos del mundo real y del que se espera una res-puesta correcta y a tiempo, en el que el tiempo de respuesta dependerá de la diná-mica y comportamiento específico del pro-ceso. Es importante hacer notar el factor tiempo, ya que para determinado proceso puede ser extremadamente pequeño y para algunos otros puede ser grande, sien-do estos tiempos de respuesta de nanose-gundos llegando a horas o incluso hasta de días, para obtener las respuestas correctas en sincronía con el mundo real.
Un SOTR debe cumplir con las característi-cas de un SOTC; además de obedecer restricciones temporales que imponga el mundo real debe ser robusto y estable, tolerante a fallas y de núcleo relativamente compacto. En función del cumplimiento de sus restricciones temporales se presenta la siguiente clasificación.
En general un SOTR, proporciona soluciones de tiempo real, como son control de procesos, automatización, interface hombre máquina, adquisición de datos, sincronización, sistemas embebidos, integración con bases de datos, transacciones on-line, comunicaciones, co-rreo electrónico, sistemas telefónicos interac-tivos con respuesta por voz, acceso remoto, monitoreo, supervisión, visualización dinámi-ca de datos y presentación de información a través de Internet solo por mencionar algunos ejemplos.
Ejemplos de sistemas operativos de tiem-po real
QNX (pronunciado Q.N.X. o Quiu-nix), am-pliamente utilizado en la actualidad, en plata-formas x86 principalmente. Se trata de un sistema operativo de tiempo real, multitarea, multiusuario y multiplataforma que cumple la norma POSIX de estándar UNIX. Con QNX se acaban las preocupaciones sobre la robus-tez del sistema a las que estamos acostum-brados en los sistemas Windows. Hay máqui-nas QNX trabajando ininterrumpidamente durante años sin que sea necesario resetear el equipo. La arquitectura de QNX y los princi-pios seguidos en su desarrollo, ofrecen una herramienta sumamente potente para sopor-tar aplicaciones críticas con un hardware bastante ajustado. El núcleo de QNX está diseñado para proporcionar tiempo real y para tener una máxima capacidad a la hora de diseñar aplicaciones a medida para hardware específico, donde el espacio disponible para almacenamiento es crítico. Existen múltiples aplicaciones en el mercado desarrolladas con QNX Neutrino y con versiones anteriores de QNX. Entre las prestigiosas empresas conoci-das a nivel mundial que han desarrollado aplicaciones con este sistema operativo de tiempo real, podemos citar las siguientes: CISCO; IBM, 3COM; Philips; NASA; INDRA; FCC, etc. [9]
LynxOS RTOS es un sistema operativo de tiempo real tipo Unix de LynuxWorks (anteriormente "Lynx Real-Time Systems"). Es de tipo multitarea, lo que significa que la computadora puede estar “haciendo” varias cosas a la vez, y el usuario no tiene que es-perar a que termine una para hacer otra, la la multitarea está controlada por el sistema ope-rativo no por las aplicaciones, por lo que a diferencia de otros sistemas operativos nunca
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS OPE-RATIVOS DE TIEMPO REAL (SOTR):
 De misión crítica.- También conocidos como hard, en los que el tiempo de res-puesta debe estar en sincronía con la dinámica del proceso con el que interact-úa entregando siempre respuestas co-rrectas. Estos SOTR, deben cumplir siempre las restricciones de tiempo para la entrega de la respuesta, si no fuera así no serían de operación crítica, pu-diendo ocasionar pérdidas de informa-ción o respuestas erróneas. Sus carac-terísticas más sobresalientes son que su operación es perfectamente predecible aun con cargas excesivas de tareas y su respuesta es determinada por el mundo real del que procesa información, mane-jan un volumen reducido de datos, lo más importante es que su respuesta debe ser obtenida estrictamente en el tiempo prefijado por el proceso. Ejemplo del uso de estos sistemas es en satélites de comunicaciones civiles o militares, en aviones o naves espaciales, plantas nucleares, estaciones de radio y televi-sión digital, etc. equipos que requieren de mucha precisión en su respuesta correcta y a tiempo [8].
 No críticos o soft.- En estos aunque como en el anterior, la restricción está definida por las variables del mundo real, de acuerdo a la computadora empleada es permisible una entrega de información con pequeños retrasos de tiempo por lo que son flexibles en esta restricción, en consecuencia son relativamente estables pero no muy robustos, pueden ser tole-rantes a fallas, baja su desempeño con cargas excesivas de tareas por realizar, no es requisito la seguridad informática y de operación, pueden manejar grandes volúmenes de información. Ejemplo de aplicación de estos SOTR son plantas de generación de electricidad, etc.
En un SOTR, se requiere de una computa-dora con las características y plataforma para el que fue desarrollado el SOTR, que mínimamente deben tener convertidores de señal analógica a digital (ADC) para poder ser procesadas por la computadora, así como salidas que actuaran de acuerdo al algoritmo del programa de control del pro-ceso del que se trate por lo que también son necesarios convertidores de señal digital a analógico (CDA). En la actualidad se han desarrollado SOTR para computa-doras personales, PC IBM y sus clones con procesadores de plataforma x86 y Pentium, microprocesadores AVR, Motoro-la, Microchip, por mencionar solo algunos. Los sistemas de hardware pueden ser de propósito general y algunos otros han sido diseñados específicamente para trabajar con un SOTR específico.

se quedará parado por causa de una mala
aplicación que consuma todos los recursos
de la computadora. En LynxOS, pueden
ejecutarse varios usuarios utilizando simultáneamente
la computadora, compartiendo los
recursos del CPU o microprocesador, así se
pueden instalar dos pantallas y teclados, y
estar una persona navegando por Internet,
escribiendo una carta, jugando en su pantalla,
mientras el otro usuario está en otra realizando
una aplicación diferente, y estarán
ambos trabajando en la misma computadora.
LynxOS garantiza la privacidad y la seguridad
de los datos entre usuarios. Con amplio
manejo en comunicaciones de misión crítica,
para computadoras y equipo embebido, para
aplicaciones de seguridad, militares, instituciones
financieras, manejo de energía, etc.
[10].
VxWorks es un SO de tiempo real, basado
en Unix, vendido y fabricado por Wind River
Systems. Como la mayoría de los sistemas
operativos en tiempo real, VxWorks incluye
kernel multitarea con planificador preemptive
(los procesos pueden tomar la CPU arbitrariamente),
respuesta rápida a las interrupciones,
comunicación entre procesos, sincronización
y sistema de archivos.
Las características distintivas de VxWorks
son: la compatibilidad POSIX, tratamiento de
memoria, las características de multiprocesador,
una shell de interfaz de usuario,
monitor de rendimiento y depuración de código
fuente y simbólico.
VxWorks se usa generalmente en sistemas
embebidos. Al contrario que en sistemas
nativos como Unix, el desarrollo de VxWorks
se realiza en un "host" que ejecuta Unix o Una vez que se han descrito
algunas de las características de
los SOTR y de los SOTC, se
puede hacer una comparativa
en cuanto a características,
desempeño y aplicaciones.
Conclusiones
Los SOTC, son de propósito
general, donde la seguridad del
tiempo de respuesta del proceso
no es un factor determinante,
mientras que los SOTR interactúan
con eventos físicos
del mundo real, y del que se
espera una respuesta correcta
y a tiempo, se utilizan ampliamente
es aplicaciones de misión
crítica, con respuesta
exacta y a tiempo, principalmente
en aplicaciones específicas
y en sistemas embebidos
de seguridad informática, aviación,
militar, etc. Por lo que
depende de la aplicación y
necesidad del usuario para
poder determinar el sistema
que va requerir para satisfacer
su tarea o actividades.

Portada Aleph-Zero

Aleph-Zero No. 63


Revista de Educación y Divulgación de la Ciencia, Tecnología e Innovación

Matemático rechaza la medalla Fields .

Divulgadores. Liz Ramiro 1 Departamento de Actuaría, Física y Matemáticas, Escuela de Ciencias, Universidad de las Américas Puebla. Contacto .

Un breve acercamiento a los sistemas operativos en tiempo real embebidos .

Divulgadores. de Jesús Beltrán Sosa, Pedro Guevara López Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (Culhuacán) - IPN, México Contacto , Contacto .

Biotecnología: el escalón que utiliza la ganadería de bovinos para alcanzar el mejoramiento genético .

Divulgadores. Francisco Alejandro Paredes Sánchez Centro de Biotecnología Genómica, Instituto Politécnico Nacional Contacto .

Comparativa de sistemas operativos de tiempo real y sistemas operativos de tiempo compartido, para plataforma intel x86 y sus compatibles .

Divulgadores. Alfredo De la Barrera González1, Diego Alejandro Garnica Arriaga2, Pedro Guevara Lopez3 Contacto , Contacto , Contacto 1, 2 ,3 Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (Culhuacán) - IPN, México Teléfono (55) 56242000 Ext. 73253.

Spodoptera frugiperda: una plaga que está coevulucionando .

Divulgadores. Elsa Verónica Herrera Mayorga Contacto Centro de Biotecnología Genómica, Instituto Politécnico Nacional, Reynosa, Tamaulipas, México.

Bacillus thuringiensis, el ingrediente activo de bioinsecticidas .

Divulgadores. Isela Madai Alba Moreno Centro de Biotecnología Genómica, Instituto Politécnico Nacional Reynosa, Tamaulipas, México. Tiss: 09@hotmail.com.

Fenómenos naturales y paisaje .

Divulgadores. 1 Julio Cesar Morales Hernández 2; Jorge Téllez López; 2Fátima Maciel Carrillo González, 2 Víctor Manuel Cornejo López 2,Luis Manuel Farfan Molina3 (1,2) Centro Universitario de la Costa, Universidad de Guadalajara, Puerto Vallarta, Jal. CICESE. Centro de Investigación Científica y Estudios Superiores de Enseanda, Unidad de Meteorología, CedeLa Paz, B.C.S. Contacto .

¿Código malicioso en mi mac? .

Divulgadores. Jesús Audelo González, Pedro Guevara López, Gustavo Delgado Reyes Contacto , Contacto , Contacto Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (Culhuacan) - IPN, México Teléfono (55) 56242000 Ext. 73253.

Concepción matemática defectuosa y desempeño matemático estudiantil en carreras de ciencias económicas y sociales .

Divulgadores. *Cirilo Orozco Moret y Jesús Parra Arroyo. * Contacto Universidad de Carabobo. Unidad de Investigación en Educación Matemática UIEMAT Ave. Salvador Allende. Edificio FACES Campus Bárbula. Piso 2. Oficina 1206. Valencia. Estado Carabobo. Venezuela.

Actimel vs mortadela con aceitunas .

Divulgadores. Francisco Angulo Contacto .

63 enero - marzo 2012 .

Editorial. Editorial Contacto 3ra Consejería.- Divulgación, Publicaciones y Medios.