Sistemas Operativos Tema 5. Procesos José Miguel Santos Alexis Quesada Francisco Santana

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1 Sistemas Operativos Tema 5. Procesos José Miguel Santos Alexis Quesada Francisco Santana 1

2 Contenidos Concepto de proceso Estructuras de datos: BCP y colas de procesos Niveles de planificación Creación y finalización de procesos Hilos 2

3 Concepto de proceso Un proceso es un programa en ejecución Un proceso necesita recursos para poder ejecutarse: memoria, dispositivos de E/S, la CPU, etc. Áreas típicas de la memoria: q código q datos (variables globales, memoria dinámica) q pila (parámetros y variables locales de subrutinas) 3

4 Estados de un proceso A medida que un proceso se ejecuta, cambia de estado: nuevo: recién creado por el S.O. en ejecución: está en la CPU ejecutando instrucciones bloqueado: esperando a que ocurra algún evento (ej. una operación de E/S) preparado: esperando a que le asignen un procesador terminado: no ejecutará más instrucciones y el S.O. le retirará los recursos que consume 4

5 Estados de un proceso nuevo admitido planificador llamada al sist. o excepción terminado preparado ejecución interrupción finaliza la operación u ocurre el evento bloqueado llamada al sist. de E/S o espera por un evento 5

6 Bloque de control de proceso (BCP) Para cada proceso, el S.O. debe guardar su estado y cualquier otra información que debe mantenerse mientras no está en ejecución. Bloque de control de proceso: estado actual (preparado, en espera...) registros de la CPU (contador de programa, otros registros) información del planificador (id, prioridad, etc.) apuntadores a las zonas de memoria del proceso info. de contabilidad (tiempo consumido, etc.) info. de E/S (dispositivos por los que espera, lista de archivos abiertos, etc.) etc. 6

7 Planificación de procesos Objetivo de la multiprogramación: q Maximizar el aprovechamiento de la CPU Objetivo del tiempo compartido q Conmutar la CPU entre procesos con tal frecuencia que los usuarios puedan interactuar con cada programa durante su ejecución Sistemas con un solo procesador q Los procesos esperan por CPU y por dispositivos de E/S 7

8 Cola de planificación Conjunto de procesos esperando por la utilización de un determinado recurso Generalmente se implementa mediante una lista encadenada, donde cada elemento es una estructura de control que representa la petición a servir Su administración se lleva a cabo de acuerdo con la política de planificación ejecutada por el planificador del recurso PLANIFICADOR (política de planificación) cola de planificación recurso estructura de control (petición) 8

9 Colas de procesos El S.O. organiza los BCP en colas de espera por el procesador o por los dispositivos de E/S. (colas de planificación: cola de procesos, colas de dispositivos) cola de preparados CPU E/S cola de espera por E/S E/S cola de espera por E/S 9

10 Procesos: ubicación en memoria Espacio del núcleo SO Espacio de usuario BCP PA BCP PB BCP PN. BCP PA código datos pila. BCP PB código datos pila. Proceso de usuario A Proceso de usuario B 10

11 Niveles de planificación En los sistemas por lotes, existe un planificador de largo plazo (PLP) o de alto nivel, que suministra procesos a la cola de preparados. El planificador de corto plazo o de bajo nivel es el que asigna y desasigna la CPU. El PLP trata de conseguir una mezcla adecuada de trabajos intensivos en CPU y en E/S. Se ejecuta con poca frecuencia. Planificador de medio plazo. Envía al disco procesos bloqueados, para liberar memoria principal a los otros procesos => Intercambio (swapping). 11

12 Niveles de planificación cola de trabajos PLP cola de preparados PCP CPU E/S cola de espera por E/S PMP memoria secundaria 12

13 Cambio de contexto (context switch) Es la operación que consiste en desalojar a un proceso de la CPU y reanudar otro. Hay que guardar el estado del proceso que sale en su BCP, y recuperar los registros del proceso que entra. Cada contexto se encuentra en cada BCP. El cambio de contexto es tiempo perdido, así que debe ser lo más rápido posible. Para minimizar ese tiempo perdido: El hardware a veces tiene instrucciones para facilitar el cambio de contexto (ej. PUSHA = guardar todos los registros) Hilos (threads) 13

14 Cambio de contexto proceso P 0 sistema operativo proceso P 1 interrupción o llamada al sistema en ejecución guardar estado en BCP 0. recuperar estado en BCP 1 ocioso ocioso interrupción o llamada al sistema en ejecución guardar estado en BCP 1 recuperar estado en BCP 0. ocioso en ejecución 14

15 Creación de procesos Un proceso se crea mediante una llamada al sistema. El proceso creador se denomina padre, y el creado, hijo. Variantes en las relaciones padre/hijo: compartición de recursos: todos, algunos, ninguno? espacio de memoria sincronización del padre: espera a que el hijo termine? terminación 15

16 Ejemplos de llamadas al sistema Windows: q CreateProcess: se indica el fichero ejecutable donde está el código del hijo UNIX: q fork: crea un proceso hijo que es un duplicado del padre q exec: sustituye el código por un nuevo fichero ejecutable (no crea un nuevo proceso) 16

17 Terminación de procesos Un proceso termina cuando invoca a una llamada al sistema específica (ej. exit) También si se genera una excepción y el S.O. decide abortarlo En UNIX, cuando un proceso termina, con él muere su descendencia (genocidio) Podría existir una llamada al sistema para abortar otro proceso 17

18 Relaciones de comunicación entre procesos Los procesos pueden tener distintas relaciones de comunicación entre sí: q independientes/competidores q cooperantes Los procesos independientes compiten por el uso de recursos escasos (ej. CPU, E/S) Los procesos cooperantes colaboran entre sí para llevar a cabo un objetivo común 18

19 Hilos (threads) Un hilo o proceso ligero es una unidad básica de ejecución, con su propio: contador de programa registros de CPU pila (stack) Los hilos dentro de una misma aplicación comparten: código y datos recursos del S.O. (ficheros, E/S, etc.) NOTA: thread se pronuncia zred, NO zrid 19

20 Procesos pesados e hilos Dos niveles de procesos: procesos pesados procesos ligeros o hilos Un proceso pesado contiene uno o varios hilos que comparten la misma memoria y recursos. Quién implementa los hilos? el sistema operativo el programa de usuario 20

21 Procesos pesados e hilos código datos hilo1 hilo2 hilo3 pila1 pila2 pila3 Proceso pesado 21

22 Por qué los hilos? El objetivo es facilitar la escritura de aplicaciones concurrentes cooperativas: Dado que todos los hilos comparten los recursos, un proceso pesado puede contener decenas de hilos sin mucho coste adicional (sólo los pequeños BCP de sus hilos) La comunicación entre los hilos del proceso es más sencilla (usando la memoria que comparten) El cambio de contexto entre hilos de un mismo proceso pesado es menos costoso 22

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