CONCEPTOS DE PROCESOS •
Todo programa para poder ser ejecutado necesita de usuario
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Se puede definir como un programa de gestión por el sistema operativo
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Por cada proceso el sistema operativo mantiene una serie de estructura de información que permite identificar las características de este, de igual forma como los recursos que tiene t iene asignados. El sistema operativo mantiene una tabla de todos los BCP(bloques de control de procesos)
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La información que compone un proceso es la siguiente
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Contiene los registros del modelo de programación.
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Contenido de BCP.
Contenido de segmento de memoria en los que residen el código y los datos del proceso. A esta información se le denomina imagen o core image.
ESTADO Y TRANSICIÓN DE PROCESO El proceso es la unidad de procesamiento gestionada por el sistema operativo. El proceso tiene asociado una serie de elemento de información. Estos elementos se clasifican en tres grupos: estado de procesador, imagen de la memoria y tablas del sistema operativo. Estado del procesador El procesador esta hecho por enumeran entre si
el contenido de todos sus registros, que que se
1) Registros generales 2) contador de programa 3) puntero de pila 4) registro o registro de estado 5) registros especiales. Como puede ser el RIED (registro identificador de direccionamiento).
El estado de procesador procesador de un proceso esta en los registros del procesador, cuando el proceso esta en ejecución Cuando el proceso esta ejecutando el estado del procesador varía por el flujo de instrucciones. Hay que tener en cuenta de los registros registros de la maquina se se utilizan para acceder a la información de la memoria debido a que es mucho mas lenta. Por lo tanto no tiene sentido que en cada modificación de un registro se actualice su valor en el BCP debido a que ya se encuentra en la memoria. Pero si se detiene la ejecución de un proceso, es muy importante que el sistema operativo actualice la copia del estado del procesador en su BCP. Si hay una interrupción lo primero que hará el sistema operativo es salvar el estado del procesador en el BCP del proceso interrumpido.
PROCESOS LIGEROS (HILOS O BEBRAS) Un proceso ligero o thead es un programa en ejecución (flujo de ejecución) que comparten la imagen de la memoria y otras informaciones con otros procesos ligeros. Un proceso se puede puede definir definir en programación como una una función cuya ejecución se puede lanzar en paralelos con otras. Y el hilo de ejecución primario corresponde a la función Main. Cada proceso tiene su propia información es por eso que no pueden ser compartidos con otros procesos ligeros. Las informaciones propias se refieren principalmente al contexto de ejecución, pudiendo destacar los siguientes:
1. 2. 3. 4.
Contador de programa Pila Registros Estado del del proceso ligero(ejecutando, listo o bloqueado bloqueado
Los procesos que que tienen un mismo proceso comparten comparten la información. Se destacan: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)
Espacio de memoria Variables globales Archivos abiertos Procesos hilos Temporizadores Señales y semáforos Contabilidad
Es importante mencionar mencionar que todos los procesos procesos ligeros de un mismo proceso proceso comparten el mismo espacio de direcciones de memoria que incluye el código, los datos y las pilas pi las de los diferentes procesos.
CONCURRENCIA Y SECUENCIALIDAD Los procesos son concurrentes si existen simultáneamente. Estos pueden funcionar de forma totalmente independiente unos de otros o pueden ser asíncronos, lo cual quiere decir que en cierto momento requieran sincronización o cooperación. Se dice que hay concurrencia de procesos cuando dos o mas procesos llegan al mismo tiempo a ejecutarse, y para que sean concurrentes es necesario que haya alguna relación entre ellos como puede ser: la cooperación para un determinado trabajo, uso uso de la información o recurso compartido. De igual forma en un sistema operativo de varios procesos se puede presentar la concurrencia siempre y cuando las actividades actúen entre si. Existen tres formas de computadoras en los que se pueden ejecutar procesos concurrentes: 1) Multiprogramación con un único procesador procesador En este todos los procesos son ejecutados por un solo procesador. Sistema operativo se encarga de ir repartiendo el tiempo del procesador entre los distintos procesos.
2) Multiprocesador. Maquina formada por varios procesadores que comparten memoria principal. En este tipo de modelo los procesos no pueden ser ejecutados de formas intercaladas. En este caso si existe una verdadera ejecución simultanea de procesos. 3) Multicomputadora Es una maquina de memoria distribuida, lo contrario con el multiprocesador que es una memoria compartida. Esta formada por una serie de computadoras completas con su memoria principal. Cada uno de estos procesadores completos se les llama nodo. Los nodos se encuentran conectados y se comunican entre si a través de una red interconexión. También es posible la ejecución simultánea de los procesos sobre los distintos procesadores. En general para que exista una concurrencia el número de procesos será mayor que el procesador. Será real cuando hay un proceso para un procesador.
Exclusión mutua de sección critica El método más sencillo de los procesos de un programa concurrente es el uso de unas variables de datos. Esta Esta forma tan sencilla de comunicación comunicación no puede ocasionar errores en el programa ya que el acceso concurrente puede hacer que la acción de un proceso interfiera en las acciones de otro de una forma no adecuada. Para evitar estos tipos de errores se pueden identificar aquellas regiones de los procesos que acceden a variables compartidas y dotarlas de la posibilidad de ejecución como si fueran una única instrucción. Se le llama sección critica a a aquellas parte de los los procesos concurrentes que no pueden pueden ejecutarse de forma concurrente o también, que desde otro proceso se ven como si fueran una única instrucción. Las secciones críticas se pueden agrupar en clases, siendo simultáneamente exclusivas las secciones criticas de cada clase. Para conseguir dicha exclusión se tienen que implementar protocolos de software que impidan el acceso a una sección crítica mientras esta siendo utilizado por un proceso.
Requisitos para la exclusión mutua 1. Solo podrá entrar un solo solo proceso de todos los que poseen secciones secciones críticas y debe tener permiso permiso para acceder acceder en un momento momento dado. 2. Un proceso que que se interrumpe en una sección no crítica debe hacerlo sin interferir con los otros procesos. 3. Un proceso no puede solicitar acceso acceso a una sección crítica para después después ser demorado indefinidamente, no puede permitir el i nterbloqueo. 4. Si ningún proceso esta en su sección crítica, cualquier proceso que solicite entrar en la suya tendrá que hacerlo sin demorar. 5. No se debe suponer sobre sobre la velocidad relativa de los procesos o el número de los procesadores. 6. Un proceso permanecerá en una sección sección crítica por un tiempo finito. La manera de satisfacer los requisitos de La excusión mutua es dejar la responsabilidad a los procesos que deseen ejecutarse concurrentemente. Pero si son programas del sistema los procesos deben coordinarse unos con otros para cumplir la exclusión mutua, sin la ayuda del lenguaje de programación o del sistema operativo. A estos métodos se les conoce como solución de software.
Sincronización de procesos Para lograr la comunicación de los procesos estos se deben sincronizar, de no ser así puede ocurrir un problema no deseado. La sincronización es la transmisión y recepción de señales que tiene como objetivo llevar acabo el trabajo de un grupo de procesos cooperativos. La sincronización entre procesos es necesaria para prevenir y corregir errores de sincronización debido al acceso acceso concurrente concurrente a recursos recursos compartido, tales como estructura de datos o dispositivos de E/S, de procesos contendientes, también permite el intercambio de señales de tiempo entre procesos cooperantes. Sin la sincronización adecuada entre procesos, la actualización de variables compartidas puede inducir a errores de tiempo relacionados que son por lo general difíciles de depurar. Para que los procesos puedan sincronizarse es necesario disponer del servicio que permitan bloquear o suspender bajo de determinadas circunstancia la ejecución de un proceso.
Los principales mecanismos de sincronización que ofrecen los sistemas operativos son los siguientes: 1) 2) 3) 4) 5)
Señales Tuberías Semáforos Mutex y variables variables condicionales Pasos de mensajes.
Interbloqueo (deadlock) El interbloqueo se puede decir que es un conjunto de procesos se estancan si cada proceso del conjunto esta esperando un evento que solo otro proceso del conjunto puede provocar. Abrazo mortal Un Conjunto de procesos esta en un un abrazo mortal cuando cuando los procesos procesos en ese conjunto están esperando un evento que solo puede ser causado por otro proceso en el conjunto. Un abrazo mortal es una condición no deseable. En un abrazo mortal los procesos nunca terminan de ejecutarse y los recursos del sistema están amarrados evitando que otros procesos puedan empezar a ejecutarse. Existen 4 condiciones que deben cumplirse para que haya estancamiento, según coffman. 1) 2) 3) 4)
Exclusión mutua: Retener y esperar: No existe el derecho de desasignar: desasignar: Espera circular:
Métodos para manejar abrazos mortales Existen dos métodos para manejar el problema pr oblema de los abrazos mortales El de prevención y el de evasión.
NIVELES, OBJETIVOS, Y CRITERIOS DE PLANIFICACION En épocas pasadas de los sistemas de procesamiento por lotes, el algoritmo de planificación era muy sencillo: solo había que ejecutar el siguiente trabajo en las cintas. Cuando más de un proceso es ejecutable, el sistema operativo debe decidir cual de ellos deberá ejecutarse primero. Hay que tener una planificación de los procesos que quieran ejecutarse en el sistema. La planificación es una función primordial del sistema operativo, la mayoría de los recursos se planifican antes de ser utilizados.
Concepto de la planificación La planificación hace la referencia a un conjunto de políticas y mecanismos incorporados al sistema operativo que gobiernan el orden en que se ejecutan los trabajos que deben ser complementados por el sistema informático. Objetivo de la planificación El objetivo principal de la planificación es optimizar el rendimiento del sistema y proporcionar un buen servicio a todos los procesos que se encuentren en el. Trata de cubrir los siguientes objetivos: 1. Justicia: debe ser lo mas justa posible con todos los procesos. procesos. 2. Máxima capacidad capacidad de ejecución: ejecución: dar servicio eficiente para que todos los trabajos se realicen lo mas rápido posible. 3. Máximo numero de usuario interactivo: en los sistemas de tiempo compartido se tratara de que puedan estar trabajando el mayor numero de usuarios al mismo tiempo. 4. Predecibilidad: la la planificación planificación debe debe realizarse de de tal forma que en todo momento pueda saberse como será ejecutado 5. Minimización de la sobrecarga: la computadora debe de tener poca sobrecarga ya que afecta en el rendimiento final del sistema: a menor sobrecarga mayor velocidad de proceso. 6. Equilibrio en el uso uso de recursos 7. Seguridad de las prioridades: si un proceso tiene tiene mayor prioridad que que otro, este debe ejecutar de mas rápido. 8. Evitar la postergación indefinida: esto se logra aumentando aumentando la prioridad de un proceso mientras espere por un recurso.
Criterios de planificación Para poder llevar a cabo los objetivos de planificación, un mecanismo debe considerar lo siguiente:
Limitación de un proceso a las operaciones de entrada/ salida. Limitación de un proceso a la CPU: Prioridad de un proceso. Tiempo de ejecución real que ha recibido el proceso Tiempo adicional real que necesita el proceso para terminar.
TECNICAS DE ADMINISTRACION ADMINISTRACION DE PLANIFICACION PLANIFICACION Las disciplinas de planificación pueden ser: 1) Expropiativas 2) No expropiativas Se denominan planificación al software del sistema operativo encargado de asignar los recursos de un sistema entre los procesos que los solicitan. El planificador debe decidir cual de los procesos que compiten por la posesión de un determinado recursos lo recibirá. Los algoritmos tienen distintas prioridades según los criterios en los que se basan para su ejecución. Antes de realizar la elección de un algoritmo se debe considerar las propiedades de estos frente al criterio de diseño elegido. Algunos de estos son: a) Eficacia: se expresa expresa como un porcentaje del tiempo tiempo medio de utilización. utilización. b) Rendimiento: es la medida de procesos completados por unidad de tiempo. c) Tiempo de retorno o regreso: regreso: es el intervalo de tiempo tiempo que transcurre desde que un proceso se crea o presenta hasta que se completada por el sistema d) Tiempo de espera: es el tiempo que el el proceso espera hasta que que se le concede el procesador. e) Tiempo de respuesta a un evento: se denomina así el intervalo de tiempo que transcurre desde que se señala un evento hasta que se ejecuta la primera instrucción de la rutina de servicio de dicho evento.
FIFO Algoritmo de planificación de FIFO El esquema de FIFO rara vez se usa como esquema principal en los sistemas actuales, pero a menudo esta incorporado en otros sistemas. Las características principales de este algoritmo son las siguientes:
No es apropiativa Es justa, aunque los procesos largos hacen esperar mucho a los cortos. Es una política predecible El tiempo promedio de servicio es muy variable ya que esta en función del número de procesos y la duración promedio que tenga. SJF
Las ráfagas se ejecutan sin interrupción por lo tanto es útil para entorno Bach. Su característica es que cuando se activa el planificador, este elige la ráf aga de menor duración. La ventaja que tiene este algoritmo sobre el FIFO es que minimiza el tiempo de finalización promedio.
Este algoritmo asocia con cada proceso de la duración de la siguiente ráfaga de CPU del proceso. El algoritmo de planificación SJF es probablemente optimo, en el sentido de que proporciona el tiempo mínimo de espera para un conjunto de proceso dado. Aunque el algoritmo SJF es optimo, no se puede implementar en el nivel de la planificación de la CPU a corto plazo, ya que no hay forma de conocer la duración de la siguiente ráfaga de CPU.
Planificación de asignación en rueda (RR-Round Robin) Es un sistema apropiado. Cada proceso recibe una fracción de tiempo de procesamiento o quanto para su ejecución. Con el round robin, cuando un proceso inicia una operación de E/S, este es penalizado respecto de los procesos que no realizan E/S.
Características de RR 1) Baja sobrecarga: si el cambio de un proceso proceso y otro es eficiente y los procesos siempre están en la memoria principal. 2) El tamaño optimo optimo del quantum quantum depende depende de : El tipo de sistema Las cargas que vaya a soportar el sistema. El numero de procesos en el sistema y su tipo. Es la política mas usada para tiempo compartido Ofrece un servicio igual para todos los procesos Es una política apropiativa Mantiene mas equilibradas las colas de los procesos listos y bloqueados.
Virtual round robind El sistema permitirá solucionar los problemas de RR en relación al favorecimiento que este realiza con los procesos orientados a la CPU frente a los procesos orientados a las operaciones de E/S.
Queues multinivel Un algoritmo de planificación mediante colas multinivel divide la cola de procesos preparados en varias colas distintas. Se asignan en forma permanente los trabajos a una cola, generalmente, basándose en una propiedad del mismo, teniendo cada cola su propio algoritmo. Ninguna cola con baja prioridad podrá ser ser ejecutada si aun no están vacías vacías las de mayor prioridad.
Multi-level freedBack queues En colas multinivel realimentadas los trabajos pueden moverse dentro distintas colas. Si un proceso espera mucho tiempo en una cola de menor prioridad será movido a la cola de mayor prioridad. Un planificador de este tipo esta definido por los siguientes parámetros: 1) El numero de cola 2) El tipo de algoritmo de planificación planificación de cola 3) Un método de determinación determinación de cuando cuando mover un trabajo trabajo a una cola de de mayor prioridad 4) Un método de determinación de cuando mover a una cola de menor prioridad.
5) Un método de determinación de a que cola se enviara un trabajo trabajo cuando necesita servicio. Este algoritmo proporciona la prioridad prioridad más alta a todo proceso que tenga una ráfaga de CPU de 8 milisegundos o menos.
