Tema IV Gestión del Núcleo y los Procesos de los Sistemas Operativo

 

Docente: María Teresa                                                                    Alumno: Liber Siso

Definición de Proceso

 

    Es una serie de tareas interrelacionadas que, juntas transforman las entradas en salidas. ​ Estas pueden ser realizadas por personas, la naturaleza o máquinas utilizando diversos recursos; un proceso de ingeniería debe considerarse en el contexto de los agentes que realizan las tareas y los atributos de recursos involucrados. 

      Los documentos normativos de la ingeniería de sistemas y los relacionados con los modelos de madurez se basan generalmente en procesos, por ejemplo, los procesos de ingeniería de sistemas del EIA-632 y los procesos involucrados en el enfoque de institucionalización y mejora de la Integración del modelo de madurez de capacidades (CMMI). 

     Las restricciones impuestas a las tareas y los recursos necesarios para implementarlas son esenciales para ejecutar las tareas mencionadas.

Estados de los procesos

 

     Todo proceso en un sistema operativo presenta un estado que indica la situación de la ejecución en que se encuentra. El número de posibles estados varía de un sistema operativo a otro.

 

Ø  Diagrama de estados simplificado

     Consideramos que todo proceso puede estar, como mínimo, en uno de los siguientes tres estados:

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 ·         Activo: El proceso está empleando la CPU, por tanto, está ejecutándose. Puede haber tantos procesos activos como procesadores haya disponibles. Por tanto, si el sistema dispone de un único procesador, únicamente puede haber un proceso activo a la vez.

·       ·         Preparado: El proceso no está ejecutándose, pero es candidato a pasar a estado activo. Es el planificador el que, en base a un criterio de planificación, decide qué proceso selecciona de la lista de procesos preparados para pasar a estado activo.

 ·         Bloqueado: El proceso está pendiente de un evento externo que le ha hecho bloquear, tales como una operación de lectura/escritura, la espera de finalización de un proceso hijo, una señal o una operación sobre un semáforo. El dispositivo/hecho externo "avisa" al S.O. cuando ha terminado la acción que realizaba mediante una INTERRUPCIÓN, dejando el S.O. lo que está haciendo para atender a esta última. Tras esto, el S.O. comprueba cuales son los procesos que fueron bloqueados por ese evento externo, cambiándolos al estado de preparado.

·        

     La transición de activo a preparado y viceversa depende de decisiones tomadas por el planificador del sistema operativo en base a un cierto criterio. La transición de activo a bloqueado, y de bloqueado a preparado puede inducirlas el programador mediante llamadas al sistema. 

 

Ø  Diagrama de Estados Ampliado

 

·      ·   En espera / Preparación: Estado por el que pasan los procesos antes de pasar a estar preparados por primera vez. Los procesos, cuando comienzan a existir, no están preparados para comenzar a ejecutar instrucciones hasta que el sistema no ha llevado a cabo una serie de actividades. Una vez que el proceso está completamente cargado, ya se puede producir la primera transición al estado preparado.

·    ·  Terminado: La transición de activo a este estado ocurre cuando el proceso realiza una llamada al sistema solicitando su propia terminación. En estas circunstancias, hay estructuras de datos correspondientes al proceso que no pueden ser liberadas hasta que el proceso padre del que está terminando recoja el código de terminación del mismo. Hasta que esto ocurra, estas estructuras se mantendrán y el proceso seguirá existiendo en estado terminado.

·       ·    Transición: cuando la operación que mantiene a un proceso en estado bloqueado termina, el proceso puede haber perdido parte de los recursos que necesita para proseguir su ejecución. Este es por ejemplo el caso de un sistema con memoria virtual, en el que parte de las páginas de memoria del proceso han sido descargadas a disco. En dicho caso, el proceso tendría que pasar por un estado intermedio transición mientras recupera dichos recursos, y una vez que todos sus recursos vuelven a estar disponibles, volvería al estado preparado.

 

 

Planificación de Procesos

 

    Son un Conjunto de políticas y mecanismos incorporados al sistema operativo, a través de un módulo denominado planificador, que debe decidir cuál de los procesos en condiciones de ser ejecutado conviene ser despachado primero y qué orden de ejecución debe seguirse. Esto debe realizarse sin perder de vista su principal objetivo que consiste en el máximo aprovechamiento del sistema, lo que implica proveer un buen servicio a los procesos existentes en un momento dado. 

     Un proceso es un programa en ejecución. Existen 3 estados en los que puede encontrarse un proceso, estos son: "Listo", "Bloqueado" y "En ejecución". Para el control de los mismos internamente son almacenados en una lista, cada uno de los nodos guarda información de un proceso. En esa información se almacena, entre otros aspectos, el estado en que se encuentra el proceso, el tiempo que el proceso ha usado el CPU, e información de E/S (entrada/salida). Los sistemas operativos cuentan con un componente llamado planificador, que se encarga de decidir cuál de los procesos hará uso del procesador. La toma de esta decisión, así como el tiempo de ejecución del proceso, estará dada por un algoritmo, denominado Algoritmo de Planificación.

 

 

Bloque de Control del Sistema o en Ingles PCB (Process Control Block)

 

     Es un registro especial donde el sistema operativo agrupa toda la información que necesita conocer respecto a un proceso particular. Cada vez que se crea un proceso el sistema operativo crea el BCP correspondiente para que sirva como descripción en tiempo de ejecución durante toda la vida del proceso.

     Cuando el proceso termina, su BCP es borrado y el registro puede ser utilizado para otros procesos. Un proceso resulta conocido para el sistema operativo y por tanto elegible para competir por los recursos del sistema sólo cuando existe un BCP activo asociado a él. El bloque de control de proceso es una estructura de datos con campos para registrar los diferentes aspectos de la ejecución del proceso y de la utilización de recursos.

     La información almacenada en un BCP incluye típicamente algunos o todos los campos siguientes:

 

·                 Identificador de proceso (Process Identificator -PID-, de sus siglas en inglés).

 

·                 Estado del proceso. Por ej: listo, en espera, bloqueado.

 

·                 Contador de programa: dirección de la próxima instrucción a ejecutar.

 

·                    Valores de registro de CPU. Se utilizan también en el cambio de contexto.

 

·                    Espacio de direcciones de memoria.

 

·                 Prioridad en caso de utilizarse dicho algoritmo para planificación de CPU.

 

·                 Lista de recursos asignados (incluyendo descriptores de archivos y sockets abiertos).

 

·                 Estadísticas del proceso.

 

·                 Datos del propietario (owner).

 

·                 Permisos asignados.

 

·                 Señales (Signals) pendientes de ser servidas. (Almacenados en un mapa de bits).

 

 

     Esta lista es simplemente indicativa, cada sistema operativo tiene su propio diseño de BCP, con el conjunto de metadatos necesarios para la administración. Puede medir desde 32 bits a 1024. Su denominación cambia según el sistema operativo, por ej. en IBM se designa PSW por palabra de estado de proceso. Difiere significativamente entre los sistemas de procesamiento por lotes (BATCH) y los sistemas interactivos.

     Algunos sistemas de multiprogramación incluyen información de mantenimiento con el propósito de facturar a los usuarios individuales el tiempo de procesador, el almacenamiento, las operaciones de E/S y otras utilizaciones de recursos.

     Una vez creado, el BCP se rellena con los atributos definidos como parámetros que se hallan en la plantilla del proceso o que son especificados como parámetros de la llamada al sistema operativo crear proceso. En ese momento el sistema operativo suele asignar valores a otros campos.

     Por ejemplo, cuando se crea un proceso, los registros e indicadores hardware se fijan a los valores proporcionados por el cargador/enlazador. Cada vez que un proceso queda suspendido, el contenido de los registros del procesador es generalmente guardado en la pila, y el puntero al marco de la pila en cuestión se almacena en el BCP. De este modo los valores de los registros son restaurados cuando el proceso es seleccionado para ejecutarse nuevamente.

 

Bloque de Control de Proceso Planificación del Procesador

 

     Es la estructura de datos central y más importante de un sistema operativo. Cada bloque de control de proceso contiene toda la información de un proceso que necesita un sistema operativo para su control.

     Estos bloques son leídos o modificados por casi todos los módulos de un sistema operativo, incluyendo aquellos que tienen que ver con la planificación, la asignación de recursos, el tratamiento de interrupciones y el análisis y supervisión del rendimiento. El conjunto de todos los PCB’s se guarda en una estructura del sistema operativo llamada tabla de procesos, la cual se puede implementar como un vector o un lista enlazada. La tabla de procesos reside en memoria principal, debido a su alta frecuencia de consulta.

 

     En un sistema de multiprogramación, se requiere una gran cantidad de información de cada proceso para su administración. Los distintos sistemas que organizan esta información son las siguientes:

 

 Ø  Identificación del proceso: En casi todos los sistemas operativos se le asigna a cada proceso un identificador numérico único (ID). Este identificador nos servirá para localizarlo dentro de la tabla de procesos. Cuando se permite que los procesos creen otros procesos, se utilizan identificadores para señalar al padre y a los descendientes de cada proceso. Además de estos, un proceso también puede tener asignado un identificador de usuario que indica a quién pertenece el proceso (UID).

 Ø  Información del estado del procesador: Es la información de estado del procesador. Básicamente, está formada por el contenido de los registros del procesador. Por supuesto, mientras el proceso está ejecutándose, la información está en los registros. Cuando se interrumpe el proceso, toda la información de los registros debe salvarse de forma que pueda restaurarse cuando el proceso reanude su ejecución. La naturaleza y número de registros involucrados depende del diseño del procesador. Normalmente, en el conjunto de registros se incluyen los registros visibles para el usuario, los registros de control y de estado (contador de programa y palabra de estado) y los punteros a pila.

Ø  Ø  Información de control del proceso:  Es la información adicional necesaria para que el sistema operativo controle y coordine los diferentes procesos activos. Como, por ejemplo, información de planificación y estado (estado del proceso, su prioridad, información de planificación, suceso), apuntadores(punteros) a estructuras de datos (los procesos que esperan en un semáforo), punteros a zonas de memoria del proceso, recursos controlados por el proceso (ficheros abiertos), etc.