Explicación de Shell, Kernel y API: las capas principales de un sistema operativo

Los usuarios habituales no suelen preocuparse por cómo funciona todo en sus equipos. Solemos encender el ordenador y utilizarlo para lo que necesitamos, pero hay muchos procesos que se desarrollan entre bastidores. Los componentes principales de cualquier sistema operativo son el shell y el núcleo.

En un primer momento, estos dos términos pueden parecer muy técnicos; sin embargo, son bastante sencillos y realmente fáciles de entender. En este artículo, te guiaremos a través de las principales diferencias entre estos dos términos y te explicaremos por qué son importantes para cualquier sistema operativo.

Funciones básicas del núcleo

El núcleo es un elemento fundamental del sistema operativo e interactúa directamente con el hardware del equipo. La función principal de esta parte es conectar el hardware con las aplicaciones de tal manera que estas puedan funcionar sin problemas relacionados con el almacenamiento, la memoria y los dispositivos.

Esto significa que, tanto si estás jugando a un videojuego como si simplemente estás navegando en tu ordenador, este componente es necesario para el buen funcionamiento y la gestión de los recursos. En cualquier sistema operativo, el proceso está relacionado con los siguientes elementos: memoria (datos, montón, pila), bloque de control de procesos y metadatos de programación.

Funciones principales del núcleo

• Gestión de la memoria. Esto significa que es necesario para asignar memoria RAM a las aplicaciones y recuperarla cuando ya no se necesita.
• Gestión de procesos. Hay muchas tareas que se ejecutan en tus equipos incluso cuando solo has cambiado de una aplicación a otra. Por lo tanto, el núcleo funciona dividiendo el tiempo de CPU y estableciendo el orden adecuado.
• Gestión de los dispositivos. Cada dispositivo, como una impresora, un teclado, una GPU o un disco duro, debe interactuar de alguna forma con el sistema operativo. Para garantizar una interacción adecuada entre el software y el hardware, se utilizan controladores especiales.
• Protección y seguridad. Los núcleos también se encargan de garantizar que determinados programas no tengan acceso al hardware y a la memoria restringidos. Además, contribuye al aislamiento de procesos.
• Gestión del sistema de archivos. Ayuda a crear una estructura específica para la recuperación y el almacenamiento de los datos. Por ejemplo, el núcleo se encarga, en segundo plano, de guardar, abrir y eliminar archivos.

Para obtener una explicación más práctica, repasemos el funcionamiento de un reproductor de música. El núcleo asigna la memoria necesaria a la aplicación, comprueba si la CPU la procesa, interactúa con el dispositivo de audio y, a continuación, gestiona el acceso a los archivos.

Tipos de núcleos

En función del sistema operativo, se utilizan diversos tipos de núcleos, tales como:

• Micronúcleo. En este caso, solo los servicios necesarios se ejecutan en el núcleo, mientras que los demás funcionan por separado (Minix).
• Monolítico. Todos los servicios se ejecutan en un único bloque de código de gran tamaño (Linux).
• Híbrido. Combina características del microkernel y del monolítico (Windows).

Categorías de shells

El shell es una interfaz que actúa entre el kernel y el usuario. Funciona recibiendo instrucciones del usuario final y transmitiéndolas al núcleo, para luego compartir el resultado final con el usuario. Todos los procesos del núcleo pasan desapercibidos para el usuario, mientras que el shell es visible, ya que interactúas directamente con él.

Tipos de shells

• Shell de línea de comandos (CLI). Funciona mediante comandos. Los principales ejemplos son Zsh, Bash y PowerShell. Este tipo puede parecer muy complicado al principio, pero en realidad resulta útil para administradores, desarrolladores y usuarios comunes.
• Shell gráfico (GUI). Este tipo se considera la opción más habitual, ya que cuenta con iconos, ventanas y diversos menús. Los principales ejemplos son el Finder, el Explorador de Windows y GNOME.    

Principales diferencias entre el núcleo y el shell

El proceso de interacción entre el núcleo y el shell

Para comprender mejor el proceso, veamos un ejemplo concreto:

1. Acción del usuario: hacer clic en el archivo en Windows.

2. Shell: interpreta el comando y lo redirige al núcleo.

3. Kernel: recupera el archivo del almacenamiento, asigna memoria y prepara la información necesaria.

4. Shell: muestra el contenido necesario en la pantalla.

Resumen

En resumen, el shell es una interfaz que ayuda a los usuarios a interactuar con el núcleo. Por su parte, el núcleo se encarga de la interacción entre el hardware y el software. Ambos elementos son extremadamente importantes y funcionan de forma silenciosa para que la experiencia del usuario sea más fluida.