Sistema operativo como máquina virtual

Un ordenador se compone de uno o más procesadores o CPUs, memoria principal o RAM, memoria secundaria (discos), tarjetas de expansión (tarjetas de red, modems y otros), monitor, teclado, mouse y otros dispositivos. O sea, es un sistema complejo. Escribir programas que hagan uso correcto de todas estas componentes no es una tarea trivial. Peor aún si hablamos de uso óptimo. Si cada programador tuviera que preocuparse de, por ejemplo, como funciona el disco duro del ordenador, teniendo además siempre presentes todas las posibles cosas que podrían fallar, entonces a la fecha se habría escrito una cantidad bastante reducida de programas.

Es mucho más fácil decir `escriba "Chao" al final del archivo "datos"', que

Poner en determinados registros del controlador de disco la dirección que se quiere escribir, el número de bytes que se desea escribir, la posición de memoria donde está la información a escribir, el sentido de la operación (lectura o escritura), amén de otros parámetros;
Decir al controlador que efectué la operación.
Esperar. Decidir qué hacer si el controlador se demora más de lo esperado (¿cuánto es "lo esperado"?).
Interpretar el resultado de la operación (una serie de bits).
Reintentar si algo anduvo mal.
Etc.

Además, habría que reescribir el programa si se instala un disco diferente o se desea ejecutar el programa en otra máquina.

Hace muchos años que quedó claro que era necesario encontrar algún medio para aislar a los programadores de las complejidades del hardware. Esa es precisamente una de las tareas del sistema operativo, que puede verse como una capa de software que maneja todas las partes del sistema, y hace de intermediario entre el hardware y los programas del usuario. El sistema operativo presenta, de esta manera, una interfaz o máquina virtual que es más fácil de entender y de programar que la máquina "pura". Además, para una misma familia de máquinas, aunque tengan componentes diferentes (por ejemplo, monitores de distinta resolución o discos duros de diversos fabricantes), la máquina virtual puede ser idéntica: el programador ve exactamente la misma interfaz.