El modelo de Procesos

Transcripción

1 Administración n de procesos El modelo de Procesos Concepto central dentro de cualquier sistema operativo. Proceso vs. Programa: Programa: Es un archivo o conjunto de archivos que contienen código ejecutable. Generalmente residen en el disco. Proceso: Es un programa cuando se encuentra en ejecución. 1

2 Estados de un Proceso Listo Corriendo Bloqueado Estados de un Proceso Listo Corriendo Bloqueado Corriendo: El procesador lo esta ejecutando. Esta haciendo uso del procesador. 2

3 Estados de un Proceso Listo Listo: Al terminarse su tiempo de CPU. Puede ser ejecutado en cualquier momento. Bloqueado Corriendo Estados de un Proceso Listo Corriendo Bloqueado Bloqueado: No se puede ejecutar. Está a la espera de algún recurso. 3

4 Estados de un Proceso Listo Corriendo El scheduler suspende y ejecuta los procesos de acuerdo al tiempo que llevan en ejecución o en espera. Bloqueado Estados de un Proceso Listo Corriendo Cuando un proceso necesita un recurso ocupado. El scheduler ejecuta un proceso que se encuentre Listo. Bloqueado 4

5 Estados de un Proceso Listo Corriendo Se desocupa el recurso necesario. El proceso pasa a Listo para ser ejecutado Bloqueado El concepto de procesos CREACIÓN DE PROCESOS: 1. Inicialización del sistema 2. Ejecución de una llamada al sistema para crear procesos (ej.: fork, CreateProcess) 3. Solicitud de un usuario para crear procesos 4. Inicio de un trabajo por lotes 5

6 El concepto de procesos TERMINACIÓN DE PROCESOS: 1. Norma voluntaria (ej.: cerrar una ventana de windows) 2. Error voluntario (ej.: tratar de compilar un programa que no existe) 3. Error fatal involuntario (ej.: división por cero, llamada a memorias que no existen, etc.) 4. Terminado por otro proceso (ej.: kill, TerminateProcess) Comunicación entre procesos Almacenamiento compartido: Se designa un espacio de memoria. Los procesos interesados pueden leer y escribir en él. Es el método mas común de comunicación. Se necesita un control muy estricto para evitar problemas de concurrencia. 6

7 Concurrencia Concepto fundamental en la comunicación entre procesos. Se ocupa de ordenar la forma en que se ocupan y liberan los recursos del sistema. Por que es necesario? Veamos un ejemplo sencillo: Concurrencia -Problemas Cuando un proceso necesita imprimir un archivo, coloca el nombre del archivo en una tabla llamada spooler de impresión. Otro proceso llamado demonio de impresión, lee los nombres, los imprime y los borra de la tabla. Veamos que puede suceder si 2 procesos intentan imprimir simultáneamente: 7

8 Concurrencia -Problemas 1. El proceso A lee la tabla y ubica la posición 5 como libre. 2. El planificador decide pasar el control al proceso B. 3. El proceso B lee la tabla y ubica la posición 5 como libre. 4. Copia el nombre del archivo en la posición El planificador le devuelve el control a A 6. El proceso A copia su archivo en la posición 5 Este tipo de eventos se llaman sobrescribiendo el archivo de B. condiciones de carrera o competencia Concurrencia - Problemas 1. El proceso A lee la tabla y ubica la posición 5 como libre. 2. El planificador decide pasar el control al proceso B. 3. El proceso B lee la tabla y ubica la posición 5 como libre. 4. Copia el nombre del archivo en la posición El planificador le devuelve el control a A 6. El proceso A copia su archivo en la posición 5 sobrescribiendo el archivo de B. A la tabla se le llama recurso crítico 8

9 Concurrencia Definiciones Un recurso crítico es cualquier recurso que puede ser alterado por dos o más procesos al mismo tiempo. Una sección crítica es la porción de código de un proceso que accede a un recurso crítico. El objetivo es prohibir que más de un proceso lea o escriba en un recurso crítico a la vez: buscamos la exclusión mutua. Concurrencia Exclusión mutua Para lograr la exclusión mutua se debe asegurar que: 1. Sólo un proceso debe estar en la sección crítica. 2. No se debe asumir nada acerca de la velocidad y el número de procesadores. 3. Un proceso fuera de su sección crítica no puede bloquear a otros procesos. 4. Los procesos no deben esperar indefinidamente para acceder a su sección crítica. 9

10 Concurrencia Soluciones Existen diferentes soluciones: Algoritmo de Variables de Cierre Algoritmo de Alternancia Estricta Algoritmo de Peterson Instrucción Test and Set Lock Deshabilitar interrupciones Semáforos Práctica de Laboratorio Estado de procesos 10

11 Planificación n de Procesos Planificación Cuando más de un proceso está en espera de ser procesado, se debe seleccionar cual va a ser el siguiente en ejecutarse. Ésta es la tarea del planificador o scheduler 11

12 Planificación n de procesos Los procesos tienen dos tipos de comportamiento: a) Dedicados al cómputo b) Dedicados a las E/S Planificación -Criterios Criterios que intenta buscar el planificador: Equidad Eficacia Tiempo de respuesta Rendimiento Tiempo de espera 12

13 Planificación n de procesos Los algoritmos de planificación se dividen en dos: a) No expropiativos (sin reloj) b) Expropiativos (con reloj) Planificación -Criterios Cuando es necesario planificar? Listo Corriendo Bloqueado Necesaria Por planificación Decision a tomar 13

14 Planificación -Criterios Cuando es necesario planificar? El planificador puede seleccionar un proceso y ejecutarlo hasta el final o suspender los procesos ejecutándose para darle tiempo de CPU a otros procesos Listos. Listo Bloqueado Corriendo Planificación no-expropiativa Planificación -Criterios Cuando es necesario planificar? El planificador puede seleccionar un proceso Listo y ejecutarlo hasta el final o suspender los procesos ejecutándose para darle tiempo de CPU a otros procesos Listos. Bloqueado Corriendo Planificación expropiativa 14

15 Planificación -Algoritmos Hay tres categorías de algoritmos de planificación: a) Para sistemas por lotes b) Para sistemas interactivos c) Para sistemas en tiempo real. Planificación -Algoritmos Sistemas por lotes: No hay usuarios impacientes esperando ante terminales. Por lo general no son expropiativos, o son expropiativos pero con tiempos largos. Características que deben tener: a) rendimiento alto (# trabajos/hora) b) tiempo de retorno bajo (tiempo promedio de ejecución) c) utilización de CPU alta 15

16 Planificación -Algoritmos FCFS (First Come First Served, primero en llegar primero en ser atendido): No expropiativo Atiende a los procesos por estricto orden de llegada Cada proceso se ejecuta hasta que termina, o hasta que hace una llamada bloqueante (de E/S) Ventaja: Simple Desventaja: No es adecuado para los sistemas de propósito general Planificación -Algoritmos SJF (Shortest Job First, trabajo más corto primero): No expropiativo. Procesa primero el trabajo que tenga el menor tiempo de CPU primero. El que se ejecuta primero tiene mayor incidencia en el tiempo medio. El último, tiene incidencia nula. Ventaja: El tiempo medio se minimiza. Desventaja: Hay que adivinar el futuro. 16

17 Planificación -Algoritmos SJF (Shortest Job First): Planificación -Algoritmos Sistemas interactivos: Es expropiativo para atender más rápido las solicitudes de los usuarios. Características que deben tener: a) Respuesta rápida b) Buena proporcionalidad (tiempo esperado vs. tiempo de cómputo requerido) 17

18 Planificación -Algoritmos Round Robin: Es expropiativo. Se define una cantidad de tiempo (quantum). Cada proceso está en CPU un quantum. Luego se pasa a la cola de LISTOS. Se debe escoger un quantum adecuado. Ventaja: El tiempo medio se minimiza. Desventaja: Hay que adivinar el futuro. Planificación -Algoritmos Round Robin: 18

19 Planificación -Algoritmos Planificación por prioridad: A cada proceso se le asigna una prioridad. La CPU se asigna al proceso con mayor prioridad en la cola LISTOS. Ventaja: Los procesos se comportan de la manera deseable. Desventaja: Se deben definir las prioridades. Que sucede si hay mas de un proceso con la misma prioridad? Planificación -Algoritmos Planificación por prioridad: 19

20 Planificación -Algoritmos Múltiples Colas: Se crean varias colas. Cada cola tiene su scheduler. Se necesita un scheduler entre las colas. Ventaja: Se puede calificar a los procesos de acuerdo a su prioridad. Desventaja: Aumenta la complejidad. Es necesario mantener múltiples schedulers Planificación -Algoritmos Por loteria: Cada vez que sea necesario tomar una decision de planificacion se escoge al azar un boleto de loteria y el proceso que tiene el boleto obtiene el recurso. El sistema puede realizar un sorteo 50 veces por segundo, otorgando al ganador 20 ms de tiempo de CPU. Debido a que unos procesos son mas importantes que otros, se les da mas boletos para aumentar sus posibilidades. Ventaja: Se puede calificar a los procesos de acuerdo a su importancia. Desventaja: Aumenta la complejidad por el diseño e implementación del metodo de sorteo. 20

21 Planificación -Algoritmos Sistemas en tiempo real: Por lo general no son expropiativos ya que son procesos pequeños diseñados para cumplir tareas específicas en tiempos cortos. Características que deben tener: a) Cumplir los plazos b) Buena predecibilidad Planificación -Algoritmos Según el tiempo de respuesta se dividen en: STR duros: Es aquel sistema en el que el incumplimiento de alguno de los requerimientos de tiempo de respuesta del sistema compromete su seguridad (el hardware del sistema) tiene que cumplir estrictamente el intervalo de control, si no lo hace entonces el sistema esta fallando. STR blando: El incumplimiento de algunos de los requerimientos de tiempo de respuesta al sistema conducen al degradamiento de su funcionamiento 21

22 Planificación -Algoritmos Planificación en dos niveles: Todos los procesos no pueden residir en memoria. Algunos deben estar en algún almacenamiento secundario (el disco). Se necesita seleccionar que procesos subirán a memoria y cuales bajarán al disco. Planificación -Algoritmos Planificación en dos niveles: Procesos en la memoria Principal A B C D E F G H B C F G E F G H A B C D A D E H (a) (b) (c) Procesos en Disco 22

23 Práctica Ejemplo 5 Procesos llegan a un Sistema de procesamiento por Lotes: Proceso A B C D E Tpo.. de CPU 10 m. 6 m. 2 m. 4 m. 8 m. Prioridad Práctica Ejemplo Tarea: Se debe ejecutar la planificación completa de los procesos para los siguientes algoritmos: 1.Round Robin 2.Planificación por prioridad 3.FCFS (First Come, First Served) 4.SJF (Shortest Job First) 23

24 Round Robin Para este algoritmo se debe suponer un quantum de 1 minuto de CPU. Vuelta Proceso A B F C 3 8 F D F E F Round Robin Resultados: Total Proceso A: Total Proceso B: Total Proceso C: Total Proceso D: Total Proceso E: Promedio Total: 24

25 Round Robin Resultados: Total Proceso A: 30 Total Proceso B: 23 Total Proceso C: 8 Total Proceso D: 17 Total Proceso E: 28 Promedio Total: 21.2 Por Prioridad El orden de ejecución de los procesos debe seguir el orden de prioridades: 1.Proceso B (5) 2.Proceso E (4) 3.Proceso A (3) 4.Proceso C (2) 5.Proceso D (1) 25

26 Resultados: Por Prioridad Total Proceso B: 6 Total Proceso E: Total Proceso A: Total Proceso C: Total Proceso D: Promedio Total: 20 FCFS Primero en llegar primero en ser atendido Este algoritmo procesa primero al primero en llegar. El orden es entonces: 1. Proceso A 2. Proceso B 3. Proceso C 4. Proceso D 5. Proceso E 26

27 FCFS Primero en llegar primero en ser atendido Resultados: Total Proceso A: 10 Total Proceso B: Total Proceso C: Total Proceso D: Total Proceso E: Promedio Total: 19.2 SJF Primero el trabajo más corto Este algoritmo procesa primero proceso cuyo tiempo de ejecución sea menor: 1. Proceso C (2) 2. Proceso D (4) 3. Proceso B (6) 4. Proceso E (8) 5. Proceso A (10) 27

28 SJF Primero el trabajo más corto Resultados: Total Proceso C: 2 Total Proceso D: Total Proceso B: Total Proceso E: Total Proceso A: Promedio Total: 14 Resultados: Resumen Round Robin: 21.2 Por Prioridad: 20 FCFS: 19.2 SJF: 14 28

29 Preguntas Práctica de Laboratorio Planificación de procesos 29