Análisis y Diseño de Sistemas Operativos Sistema Operativo-Procesos

Transcripción

1 Análisis y Diseñ de Sistemas Operativs Sistema Operativ-Prcess Msc. Ing. Félix Fernand Vargas V felix.f83@gmail.cm Prgrama Ingeniería de Sistemas Facultad de Ingenierías y Arquitectura Universidad de Pamplna Extensión Villa del Rsari Clmbia

2 Agenda Sistema Operativ -SO- Prcess 2 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

3 Sistemas Operativs Es un prgrama que cntrla la ejecución de ls prgramas de aplicación, y que actúa cm interfaz entre ls prgramas de usuari y el hardware. Es el cntrladr de ls sucess que se prducen en un sistema infrmátic. Es un administradr de prcess parte lógica- y recurss -hardware-. Es un gran sftware centrad en frecer: Cmdidad Eficiencia Capacidad de evlución 3 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

4 Sistemas Operativs SO cm interfaz entre Usuari y Hardware. El hardware es transparente al usuari final. Un SO, frece servicis a: Creación de prgramas Ejecución de prgramas Acces a ls dispsitivs de E/S Acces cntrlad a ls Archivs Acces al sistema Detección y respuesta a errres. Cntabilidad Figura 1, Niveles y Vistas de un Sistema Infrmátic 4 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

5 Sistemas Operativs SO cm administradr de recurss. Un cmputadr, es un cnjunt de recurss, para el traslad, almacenamient y prces de dats. Además de ser utilizads para sprtar las funcines que permiten las funcines anterires. Un SO, es un prgrama ejecutad pr el prcesadr. Figura 1, SO, cm administradr de Recurss 5 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

6 Sistemas Operativs La facilidad de la evlución en un SO, btiene: Actualizacines del hardware y nuevs tips de hardware Nuevs servicis Crreccines Funcines l que hace- Sftware L que es- S.O 6 Administradr de recurss Figura 2, Visión de un Sistema Operativ Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

7 Sistemas Operativs. 7 Figura 3,Blques Cnstituyentes del SO MVS Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

8 Sistemas Operativs Prcess Es un prgrama en ejecución. entidad activa- El espíritu animad de un prgrama La entidad que puede ser asignada al prcesadr y ejecutada pr el. Ls prblemas presentads en: Operación pr ltes cn multiprgramación El tiemp cmpartid Ls sistemas de transaccines en tiemp real Fuern la base para el desarrll al cncept de prces. Es un cncept de diseñ, sbre el cual se extraen ls requerimients para el desarrll de un sistema perativ. La visión de sistema, cnsiste en una clección de prcess. 8 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

9 Sistemas Operativs Prcess Respect a ls prcess, es respnsabilidad del SO: Crearls. Eliminarls. Planificarls. Cmunicarls Sincrnizarls Ejecutarls Prveer de mecanism que atiendan ls interblques. Evaluarl La ejecución de un prces debe prceder de frma secuencial. 9 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

10 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl La misión principal del prcesadr es ejecutar las instruccines maquina que residen en memria principal. Instrucción es hablar de prgramas. El prcesadr puede ejecutar intercaladamente ls prgramas bteniend así niveles de eficiencia. El prcesadr ejecuta instruccines a partir del cntadr de prgrama punter a las instruccines. Durante la ejecución, el cntadr puede apuntar a códig de prgramas diferentes, ls cuales sn parte de tras aplicacines. La ejecución de un prgrama individual se cnce cm prces tarea. El cmprtamient de un prces individual puede caracterizarse pr el listad de la secuencia de instruccines que se ejecutan pr dich prces. Dich listad se cnce cm traza de prces. 10 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

11 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Figura 4.1,Prcess en Memria Real Figura 4.2,Trazas de ls Prcess Figura 4.2,Trazas cmbinada de ls Prcess 11 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

12 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl En algún mment, un prces puede estar ejecutándse pr el prcesadr n. De esta frma un prces tiene ds estads, ejecución, n ejecución. Un prces nuev cread pr el sistema perativ, entra en estad de n ejecución, de md que el prces existe, es cncid pr el sistema y esta ejecutand la prtunidad de ejecutarse. En alguns intervals de tiemp, el prces que se está ejecutand será interrumpid y el prgrama distribuidr del SO- escgerá un nuev prces para que se ejecute. El prces interrumpid cambia de estad, a n ejecución Debe ser psible pder seguir un prces. Cm debe representarse? 12 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

13 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl Debe existir infrmación relativa a cada prces, que incluya el estad actual y la psición de memria del prces. Debe existir una frma en la cual ls prcess que n se están ejecutand puedan almacenarse y esperar su turn para ejecución. Un prces puede generar prcess cn fines de frecer un servici, segmentar su trabaj. generación de prcess (prcess spawning)- Un prces padre, crea prcess hijs parientes, están relacinads, están jerárquicamente cnectads-, pr tant necesitarán cnectarse y cmunicarse. 13 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

14 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Un prces puede crearse cuand: Existe secuenciamient de trabajs. Se requiere una cnexión interactiva Cliente / Servidr- Se requiere dar un servici -Cread pr el SO- Un prces existente requiere distribuir su carga de trabaj 14 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

15 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Lista enlazada. Cada blque representa un prces Figura 5, Mdel de Prcess de ds Estads 15 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

16 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl Terminación de Prcess Debe existir una frma de saber cuand termina un prces Instruccines explicitas de detención (Halt) terminación a un servici del SO. Halt, genera una interrupción al SO para indicar que ha cncluid. En una aplicación interactiva es el usuari quien termina el prces. Prvcand una petición de servici al SO de que finalice el prces especific. La vida de un prces esta limitada pr su creación y terminación. Cuand se crea un prces, hay que cnstruir las estructuras de dats que se utilizan pr administrar el prces, y asignar el especi de direccines que va a utilizar el prces. Prces= estructuras de dats + memria 16 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

17 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl Terminación de Prcess 17 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

18 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Cla: Es una lista De tip FIFO, Primer en entrar, primer en salir First In, First Out-. El prcesadr se basa en turns rtatri -rund rbin- Cada prces de la cla, se le asigna una cantidad de tiemp para ejecutar, y lueg vuelve a la cla a mens que se blquee-. Mdel anterir n es cmplet. Prcess en estad de n ejecución, están lists para ejecutarse están blqueads Estads más detallads de un prces: Nuev List Blquead Ejecución Terminad 18 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

19 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl El prcesadr necesariamente n se basa en el cncept de cla para ejecutar instruccines. Pdría recrrer la cla buscand ls prcess que n se encuentren blqueads y que lleven más tiemp en la cla. El estad n ejecución, se divide en ds estads: List y Blquead Cuand se crea un nuev prces, el SO realiza tareas de gestión interna Se ascia un identificadr al prces Se asignan y cnstruyen algunas tablas necesarias para gestinar el prces El prces esta en estad nuev el SO gestin el prces, per a un n se ha cmprmetid a ejecutarl- 19 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

20 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Un prces sale del sistema en ds pass El prces termina cuand llega al punt nrmal de terminación, cuand se abandna debid a un errr irrecuperable-, cuand tr prces cn mayr autridad le indica que abandne. El prces cambia a estad terminad. El prces n se ejecuta más, sin embarg las tablas y tra infrmación asciada cn el trabaj sn cnservads tempralmente pr el SO, td ell se elimina cuand ninguna utilidad necesita usar la infrmación. 20 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

21 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Figura 6, Mdel de Prcess de cinc Estads Definición 1, Maquina de Estads Finits Figura 5, Mdel de Prcess de ds Estads 21 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

22 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Lngitud de cla muy grande Figura 7, Mdel de una cla de blques Figura 8, Mdel múltiples clas de blques 22 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

23 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Si la expedición de prcess esta dictada pr un esquema de priridades, entnces es cnveniente tener un númer de clas de lists, una pr cada nivel de priridad. Ls estads de List, Ejecución y Blquead, frecen una frma sistemática de mdelar el cmprtamient de ls prcess y de guiar la implementación del SO. Pr que incrprar más estads? Cnsumir mens memria real. N estar atad a la memria virtual. Ls móduls de E/S, sn más lents que el prcesadr, l cual cnduce a un prcesadr cis, que n se cupa en ttalidad aunque se aplique multiprgramación dad que las esperas de ls prcess es pr la dispnibilidad de ls móduls de E/S- 23 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

24 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Prcess Suspendids Intercambi- Se basa en el traslad de una parte la ttalidad del prces de la memria real a la memria secundaria. Es una peración de E/S en disc. es más rápida, en cmparación a impresra cinta-, l cual mejra el rendimient del sistema. Ls prcess que se encuentren en blque y se encuentren en memria principal, sn trasladads a memria secundaria pr el SO, -pasándls a la cla de suspendids- dejand slamente en memria real, ls prcess que se encuentren en estad list y ejecución. La cla de prcess suspendids, esta cnfrmada pr prcess tempralmente expulsads de la memria real. 24 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

25 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Prcess Suspendids Intercambi- Figura 9, Mdel de Prcess de cinc Estads Figura 11, Mdel de Prcess cn ds estads suspendids Mdels de Cmprtamient de Prcess Figura 10, Mdel de Prcess cn estad suspendid -de intercambi- 25 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

26 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Prcess Suspendids Intercambi- Memria Real P Memria Real P Prcess parcialmente en memria principal. Las pilas de prcess sn sprtadas en memria real y secundaria. El us de memria virtual, elimina el intercambi Explicit. Memria Secundaria P Memria Secundaria Mdels de Cmprtamient de Prcess cn memria principal Mdels de Cmprtamient de Prcess 26 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

27 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Prcess Suspendids Suspensión Hablar de prces suspendid, es hablar de un prces que n esta en memria principal. Un prces que n esta en memria principal n esta dispnible de inmediat para ser ejecutad, este n este esperand un suces. El prces puede estar esperand n un suces. La cndición de blquead es independiente de la de suspendid, y el acntecimient del prces blqueante n l habilita para su ejecución. El prces, n puede apartarse de este estad, hasta que el agente l rdene explícitamente. 27 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

28 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Prcess Suspendids Raznes para suspensión Intercambi Otra razón del SO Slicitud de un usuari Pr tiemp Slicitud del prces padre 28 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

29 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Prcess Suspendids Raznes para suspensión- El sistema perativ es el cntrladr de ls sucess en un sistema infrmátic. El SO, es quien: Planifica y expide a ls prcess para su ejecución en el prcesadr. Asigna ls recurss a ls prcess. El que respnde a slicitudes deservicis básics realizadas pr ls prgramas de usuari. Es una entidad que administra el us que hacen ls prcess de ls recurss del sistema. 29 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

30 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Prcess Suspendids Raznes para suspensión- Númer de prcess creads y en memria virtual. En ejecución cada prces accede a recurss. Figura 12, Prcess y recurss La parte de P1, que esta en memria Principal, se ejecuta. P2, esta blquead, esperand un mdel de E/S que esta usand P1. Pn, esta descargad en disc, pr tant Esta suspendid. 30 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

31 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Estructuras de cntrl del SO Si el SO administra ls prcess y ls recurss, debe dispner de infrmación sbre el estad actual de cada prces y de cada recurs. El SO, cnstruye, y mantiene tablas de infrmación sbre cada entidad que esta administrand. Tablas de memria, de E/S, de archivs y de prcess. Las tablas de memria, se utilizan para seguir la memria real y secundaria. Parte de la memria real, esta reservada para el SO, el rest es dispnible para el us de prcess. Figura 13, Tablas de cntrl 31 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

32 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Estructuras de cntrl del SO Ls prcess se mantienen en memria secundaria a través de memria virtual un mecanism de intercambi. Las tablas de memria deben incluir la siguiente infrmación: Atributs de prtección de segments de memria real y virtual.-que prcess pueden acceder a que segments cmpartids La asignación de la memria principal, a ls prcess. La asignación de memria secundaria a ls prcess. Otra infrmación adicinal para la gestión de memria virtual. 32 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

33 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Estructuras de cntrl del SO Las tablas de E/S, sn utilizadas para administrar ls dispsitivs E/S y canales del sistema. El SO, crea y mantiene las tablas. Cóm se crean las tablas pr primera vez? El SO, tiene algún cncimient acerca de su entrn básic memria real existente, dispsitivs de E/S y sus identificadres-. Es la descripción de su ambiente, sbre la cual se cnfigura el SO y se inicia, para ell el SO debe tener acces a ls dats que definen el entrn básic, ls cuales se crean fuera del SO, cn la ayuda humana. 33 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

34 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Estructuras de cntrl del SO En cnsideración a l que debe cncer un SO para administrar y cntrlar ls prcess. Dnde esta ubicad el prces, ls atributs del prces para administrarl Cual es la manifestación mínima de un prces? Un prces debe incluir un más prgramas que serán ejecutads. Asciads a ls prgramas hay un cnjunt de ubicacines de dats para las variables lcales y glbales, y las cnstantes definidas. Dad est, un prces cnstará de la memria suficiente para albergar ls prgramas y ls dats del prces. 34 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

35 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Estructuras de cntrl del SO En la ejecución de un prgrama, se utiliza una pila, la cual lleva la cuenta de las llamadas a prcedimients y de ls parámetrs que se pasan entre prcedimients. Cada prces, tiene un cnjunt de atributs utilizads pr el SO para cntrlar el prces. También cncids, cm blque de cntrl del prces, blque de cntrl de tarea, descriptr de prces, entre tras. La clección de prgramas, dats, pila y atributs, se cncen cm imagen del prces. 35 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

36 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Estructuras de cntrl del SO Ubicar la imagen del prces depende del esquema de gestión de memria utilizad. en un blque de memria cntigua, mantenid en memria secundaria, DD- Para administrar el prces, es necesari que una parte de su imagen, se encuentre en memria real. Para ejecutar el prces, es necesari que la imagen cmpleta se cargue en memria real. Dad est, el SO debe cncer la ubicación de cada prces en DD y memria real. Ls SO, utilizan esquemas de gestión de memria en el que la imagen de un prces se encuentra en un cnjunt de blques almacenads n secuencialmente segments, paginas-. Un parte de la imagen de un prces puede estar en un tiemp dad en memrial real, secundaria, pr tant las tablas de prces deben mstrar la ubicación de cada segment página de cada imagen de prces. 36 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

37 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Estructuras de cntrl del SO La infrmación de cntrl de prces puede categrizarse de la siguiente manera: Identificación del prces. Mapas de memria para la asignación a prcess Cmunicación entre prcess Jerarquía de prcess Infrmación de estad del prcesadr Incluyen ls registrs visibles al usuari, de cntrl y estad, y ls punters de la pila. -PSW Cntenid de ls registrs del prcesadr. Ls registrs de la pila, sprtan el cntrl de la ejecución de ls prgramas, y llevan la cuenta de las interrupcines. 37 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

38 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Estructuras de cntrl del SO La infrmación de cntrl de prces puede categrizarse de la siguiente manera: Infrmación de cntrl del prces Infrmación adicinal para que el SO cntrle y crdine ls prcess activs 38 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

39 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Estructuras de cntrl del SO 39 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

40 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Estructuras de cntrl del SO 40 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

41 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Estructuras de cntrl del SO Figura 14.1 Prcess y recurss Figura 14.2 Prcess de Usuari en Memria Virtual 41 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

42 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Blque de Cntrl Es la estructura de dats central de un SO. Cntiene tda la infrmación de un prces Ls blques sn accedids y/ actualizads pr las rutinas de un S.O: Planificación Asignación de recurss -prgramación- Tratamient de interrupcines Análisis y supervisión de rendimient -Evaluación- El cnjunt de blques de cntrl de prcess, definen el estad del SO. 42 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

43 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Blque de Cntrl Factr de Diseñ Serie de rutinas del SO que acceden a la infrmación de ls blques de cntrl de prcess. Acces direct a tablas de cntrl. Id del prces, es el índice en la tabla de punters de blques de cntrl. La dificultad n esta en el acces, per si en la prtección. Errr en una rutina, tratamient de interrupcines, puede dañar la capacidad del SO para administrar ls prcess. Cambi de diseñ en la estructura de blque en la semántica, afecta varis móduls del SO. 43 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

44 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Blque de Cntrl Factr de Diseñ Cm slucinar la actualización de estructuras? Una estructura de dats puede ser genérica? Una estructura de dats se puede describir? Tdas las rutinas del SO, pasan pr una rutina de manej. Prtege ls blques de cntrl de prces Arbitr para leer/escribir Figura 15 Estructura de clas de prcess 44 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA

45 Sistemas Operativs Prcess Descripción y Cntrl- Blque de Cntrl Factr de Diseñ La aplicación de una rutina de manej, depende del rendimient y el grad que se le atribuya al rest del sftware del sistema cm crrect. Es psible garantizar que un sftware es cien prcient crrect? Cm? 45 Ing. Félix Fd. Vargas -S.O- UPA