INTRODUCCION
En el siguiente blog se describen las características que presentan los sistemas operativos para la administración de procesos en los sistemas mono y multiprocesadores. De acuerdo al temario de la materia de Sistemas Operativos se comienza con una introducción sobre la funcionalidad de un proceso para luego entrar en los detalles de implementación típicos de los sistemas operativos.
Comprender la funcionalidad de un sistema operativo, nos permite desarrollar nuevas técnicas que aprovechen al máximo la capacidad de nuestro ordenador en conjunto con las nuevas y mejoras en cuanto al ámbito tecnológico en la ingeniería de software y en particular en el desarrollo de sistemas competitivos que aprovechen los últimos recursos de hardware al máximo.
El desarrollo investigativo por parte de docentes y el incremento en la inquietud hacia el funcionamiento de complejos sistemas, nos permiten acercarnos al fabuloso mundo de los sistemas abiertos y comprender la manera en la que opera no solo el sistema operativo; sino nuestra computadora, que hasta entonces se ha mantenido como el conjunto de hardware-software y al cual se accede de manera controlada por un gestor de recursos, conocido también como sistema operativo.
Comprender la funcionalidad de un sistema operativo, nos permite desarrollar nuevas técnicas que aprovechen al máximo la capacidad de nuestro ordenador en conjunto con las nuevas y mejoras en cuanto al ámbito tecnológico en la ingeniería de software y en particular en el desarrollo de sistemas competitivos que aprovechen los últimos recursos de hardware al máximo.
El desarrollo investigativo por parte de docentes y el incremento en la inquietud hacia el funcionamiento de complejos sistemas, nos permiten acercarnos al fabuloso mundo de los sistemas abiertos y comprender la manera en la que opera no solo el sistema operativo; sino nuestra computadora, que hasta entonces se ha mantenido como el conjunto de hardware-software y al cual se accede de manera controlada por un gestor de recursos, conocido también como sistema operativo.
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2.1 CONCEPTO DE PROCESO
El concepto central de cualquier Sistema Operativo es el de proceso: una abstracción de un programa en ejecución también llamada tarea.
H.M. Deitel (1987) mencionaba "... No hay un acuerdo universal sobre una definición de proceso, pero sí algunas definiciones aceptadas :
- Un programa que se está ejecutando.
- Una actividad asincrónica.
- El emplazamiento del control de un procedimiento que está siendo ejecutado.
- Aquello que se manifiesta por la existencia en el Sistema Operativo de un bloque de control de proceso.
- Aquella entidad a la cual son asignados los procesadores.
- La unidad despachable.
En sistemas de multiprogramación la cpu alterna de programa en programa, en un esquema de seudo paralelismo , es decir que la cpu ejecuta en cierto instante un solo programa, intercambiando muy rápidamente entre uno y otro.
El paralelismo real de hardware se da en las siguientes situaciones:
- En ejecución de instrucciones de programa con más de un procesador de instrucciones en uso simultáneamente.
- Con la superposición de ejecución de instrucciones de programa con la ejecución de una o más operaciones de entrada / salida.
El objetivo es aumentar el paralelismo en la ejecución.
A.S. Tanenbaum (1997) detallo las siguientes caracteristicas:
" El modelo de procesos posee las siguientes características:
- Todo el software ejecutable, inclusive el Sistema Operativo, se organiza en varios procesos secuenciales o procesos.
- Un proceso incluye al programa en ejecución y a los valores activos del contador, registros y variables del mismo.
- Conceptualmente cada proceso tiene su propia cpu virtual.
- Si la cpu alterna entre los procesos, la velocidad a la que ejecuta un proceso no será uniforme, por lo que es necesario aclarar lo siguiente:
- Que los procesos no deben programarse con hipótesis implícitas acerca del tiempo.
- Que normalmente la mayoría de los procesos no son afectados por la multiprogramación subyacente de la cpu o las velocidades relativas de procesos distintos.
- Un proceso es una actividad de un cierto tipo, que tiene un programa, entrada, salida y estado.
- Un solo procesador puede ser compartido entre varios procesos con cierto “algoritmo de planificación” , el cual determina cuándo detener el trabajo en un proceso y dar servicio a otro distinto
En cuanto a las jerarquías de procesos es necesario señalar que los Sistemas Operativos deben disponer de una forma de crear y destruir procesos cuando se requiera durante la operación, teniendo además presente que los procesos pueden generar procesos hijos mediante llamadas al Sistema Operativo, pudiendo darse ejecución en paralelo. " pp 150-160.
Respecto de los estados del proceso deben efectuarse las siguientes consideraciones:
- Cada proceso es una entidad independiente pero frecuentemente debe interactuar con otros procesos
- Los procesos pueden bloquearse en su ejecución porque:
- Desde el punto de vista lógico no puede continuar porque espera datos que aún no están disponibles.
- El Sistema Operativo asignó la cpu a otro proceso.
- Los estados
- :
- En ejecución: utiliza la cpu en el instante dado.
- Listo: ejecutable, se detiene en forma temporal para que se ejecute otro proceso.
- Bloqueado: no se puede ejecutar debido a la ocurrencia de algún evento externo.
- Son posibles cuatro transiciones entre estos estados.
"..."
SISTEMAS OPERATIVOS - FACENA - UNNE
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE
REPUBLICA DE ARGENTINA
PROFESOR DAVID LUIS LA RED MARTINEZ
(http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/SistemasOperativos/SO2.htm#Inicio)
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2.2 ESTADOS Y TRANSICIONES DE LOS PROCESOS
"Durante su existencia un proceso pasa por una serie de estados discretos, siendo varias las circunstancias que pueden hacer que el mismo cambie de estado.
Debido a ello se puede establecer una “Lista de Listos” para los procesos “listos” y una “Lista de Bloqueados” para los “bloqueados”.
La “Lista de Listos” se mantiene en orden prioritario y la “Lista de Bloqueados” está desordenada, ya que los procesos se desbloquean en el orden en que tienen lugar los eventos que están esperando.
Al admitirse un trabajo en el sistema se crea un proceso equivalente y es insertado en la última parte de la “Lista de Listos”.
La asignación de la cpu al primer proceso de la “Lista de Listos” se denomina “Despacho”, que es ejecutado por una entidad del Sistema Operativo llamada “Despachador”.
El “Bloqueo” es la única transición de estado iniciada por el propio proceso del usuario, puesto que las otras transiciones son iniciadas por entidades ajenas al proceso.
La manifestación de un proceso en un Sistema Operativo es un “Bloque de Control de Proceso” (PCB) con información que incluye [7, Deitel]:
Debido a ello se puede establecer una “Lista de Listos” para los procesos “listos” y una “Lista de Bloqueados” para los “bloqueados”.
La “Lista de Listos” se mantiene en orden prioritario y la “Lista de Bloqueados” está desordenada, ya que los procesos se desbloquean en el orden en que tienen lugar los eventos que están esperando.
Al admitirse un trabajo en el sistema se crea un proceso equivalente y es insertado en la última parte de la “Lista de Listos”.
La asignación de la cpu al primer proceso de la “Lista de Listos” se denomina “Despacho”, que es ejecutado por una entidad del Sistema Operativo llamada “Despachador”.
El “Bloqueo” es la única transición de estado iniciada por el propio proceso del usuario, puesto que las otras transiciones son iniciadas por entidades ajenas al proceso.
La manifestación de un proceso en un Sistema Operativo es un “Bloque de Control de Proceso” (PCB) con información que incluye [7, Deitel]:
- Estado actual del proceso.
- Identificación única del proceso.
- Prioridad del proceso.
- Apuntadores para localizar la memoria del proceso.
- Apuntadores para asignar recursos.
- Área para preservar registros.
Cuando el Sistema Operativo cambia la atención de la cpu entre los procesos, utiliza las áreas de preservación del PCB para mantener la información que necesita para reiniciar el proceso cuando consiga de nuevo la cpu.
Los sistemas que administran los procesos deben poder crear, destruir, suspender, reanudar, cambiar la prioridad, bloquear, despertar y despachar un proceso.
La “creación” de un proceso significa:
- Dar nombre al proceso.
- Insertar un proceso en la lista del sistema de procesos conocidos.
- Determinar la prioridad inicial del proceso.
- Crear el bloque de control del proceso.
- Asignar los recursos iniciales del proceso.
Un proceso puede “crear un nuevo proceso”, en cuyo caso el proceso creador se denomina “proceso padre” y el proceso creado “proceso hijo” y se obtiene una “estructura jerárquica de procesos”.
La “destrucción” de un proceso implica:
- Borrarlo del sistema.
- Devolver sus recursos al sistema.
- Purgarlo de todas las listas o tablas del sistema.
- Borrar su bloque de control de procesos.
Un proceso “suspendido” no puede proseguir hasta que otro proceso lo reanude.
Reanudar (reactivar) un proceso implica reiniciarlo en el punto donde fue suspendido.
La “destrucción” de un proceso puede o no significar la destrucción de los procesos hijos, según el Sistema Operativo.
Generalmente se denomina “Tabla de Procesos” al conjunto de información de control sobre los distintos procesos."
Sistema Operativo FACENA UNE. 26 de Octubre de 2008. (http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/SistemasOperativos/SO0.htm)
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2.3 PROCESOS LIGEROS
El concepto de proceso es más complejo y sutil que el presentado hasta ahora. Engloba dos conceptos separados y potencialmente independientes: uno relativo a la propiedad de recursos y otro que hace referencia a la ejecución.
· Unidad que posee recursos: A un proceso se le asigna un espacio de memoria y, de tanto en tanto, se le puede asignar otros recursos como dispositivos de E/S o ficheros.
· Unidad a la que se le asigna el procesador: Un proceso es un flujo de ejecución (una traza) a través de uno o más programas. Esta ejecución se entremezcla con la de otros procesos. De tal forma, que un proceso tiene un estado (en ejecución, listo, etc) y una prioridad de expedición u origen. La unidad planificada y expedida por el sistema operativo es el proceso.
En la mayoría de los sistemas operativos, estas dos características son, de hecho, la esencia de un proceso. Sin embargo, son independientes, y pueden ser tratadas como tales por el sistema operativo. Esta distinción ha conducido en los sistemas operativos actuales a desarrollar la construcción conocida como thread, cuyas traducciones más frecuentes son hilo, hebra y proceso ligero. Si se tiene esta división de características, la unidad de asignación de la CPU se conoce como hilo, mientras que a la unidad que posee recursos se le llama proceso.
Dentro de un proceso puede haber uno o más hilos de control cada uno con:
· Un estado de ejecución (en ejecución, listo, bloqueado).
· Un contexto de procesador, que se salva cuando no esté ejecutándose.
· Una pila de ejecución.
· Algún almacenamiento estático para variables locales.
· Acceso a la memoria y a los recursos de ese trabajo que comparte con los otros hilos.
Los beneficios clave de los hilos se derivan de las implicaciones del rendimiento: se tarda menos tiempo en crear un nuevo hilo de un proceso que ya existe, en terminarlo, y en hacer un cambio de contexto entre hilos de un mismo proceso. Al someter a un mismo proceso a varios flujos de ejecución se mantiene una única copia en memoria del código, y no varias.
Un ejemplo de aplicación que podría hacer uso de los hilos es un servidor de ficheros de una red de área local. Cada vez que llega una solicitud de una operación sobre un fichero, se puede generar un nuevo hilo para su gestión. El servidor gestiona multitud de solicitudes, por tanto, se pueden crear y destruir muchos hilos en poco tiempo para dar servicio a estas peticiones. Si el servidor es un multiprocesador, se pueden ejecutar varios hilos de un mismo proceso simultáneamente y en diferentes procesadores.
· Unidad que posee recursos: A un proceso se le asigna un espacio de memoria y, de tanto en tanto, se le puede asignar otros recursos como dispositivos de E/S o ficheros.
· Unidad a la que se le asigna el procesador: Un proceso es un flujo de ejecución (una traza) a través de uno o más programas. Esta ejecución se entremezcla con la de otros procesos. De tal forma, que un proceso tiene un estado (en ejecución, listo, etc) y una prioridad de expedición u origen. La unidad planificada y expedida por el sistema operativo es el proceso.
En la mayoría de los sistemas operativos, estas dos características son, de hecho, la esencia de un proceso. Sin embargo, son independientes, y pueden ser tratadas como tales por el sistema operativo. Esta distinción ha conducido en los sistemas operativos actuales a desarrollar la construcción conocida como thread, cuyas traducciones más frecuentes son hilo, hebra y proceso ligero. Si se tiene esta división de características, la unidad de asignación de la CPU se conoce como hilo, mientras que a la unidad que posee recursos se le llama proceso.
Dentro de un proceso puede haber uno o más hilos de control cada uno con:
· Un estado de ejecución (en ejecución, listo, bloqueado).
· Un contexto de procesador, que se salva cuando no esté ejecutándose.
· Una pila de ejecución.
· Algún almacenamiento estático para variables locales.
· Acceso a la memoria y a los recursos de ese trabajo que comparte con los otros hilos.
Los beneficios clave de los hilos se derivan de las implicaciones del rendimiento: se tarda menos tiempo en crear un nuevo hilo de un proceso que ya existe, en terminarlo, y en hacer un cambio de contexto entre hilos de un mismo proceso. Al someter a un mismo proceso a varios flujos de ejecución se mantiene una única copia en memoria del código, y no varias.
Un ejemplo de aplicación que podría hacer uso de los hilos es un servidor de ficheros de una red de área local. Cada vez que llega una solicitud de una operación sobre un fichero, se puede generar un nuevo hilo para su gestión. El servidor gestiona multitud de solicitudes, por tanto, se pueden crear y destruir muchos hilos en poco tiempo para dar servicio a estas peticiones. Si el servidor es un multiprocesador, se pueden ejecutar varios hilos de un mismo proceso simultáneamente y en diferentes procesadores.
Comunidad Tecnologica.
Prof. Lauro Soto
(http://www.mitecnologico.com/Main/ProcesosLigerosHilosOHebras)
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2.4 CONCURRENCIA Y SECUENCIABILIDAD.
La concurrencia comprende un gran número de cuestiones de diseño, incluyendo la comunicación entre procesos, comparición y competencia por los recursos, sincronización de la ejecución de varios procesos y asignación del tiempo de procesador a los procesos y es fundamental para que existan diseños como Multiprogramación, Multiproceso y Proceso distribuido
Los procesos son concurrentes si existen simultáneamente. Cuando dos o más procesos llegan al mismo tiempo a ejecutarse, se dice que se ha presentado una concurrencia de procesos. Es importante mencionar que para que dos o más procesos sean concurrentes, es necesario que tengan alguna relación entre ellos La concurrencia puede presentarse en tres contextos diferentes:
• Varias aplicaciones: La multiprogramación se creó para permitir que el tiempo de procesador de la máquina fuese compartido dinámicamente entre varios trabajos o aplicaciones activas.
• Aplicaciones estructuradas: Como ampliación de los principios del diseño modular y la programación estructurada, algunas aplicaciones pueden implementarse eficazmente como un conjunto de procesos concurrentes.
• Estructura del sistema operativo: Las mismas ventajas de estructuración son aplicables a los programadores de sistemas y se ha comprobado que algunos sistemas operativos están implementados como un conjunto de procesos. Existen tres modelos de computadora en los que se pueden ejecutar procesos concurrentes:
• Multiprogramación con un único procesador. El sistema operativo se encarga de ir repartiendo el tiempo del procesador entre los distintos procesos, intercalando la ejecución de los mismos para dar así una apariencia de ejecución simultánea.
• Multiprocesador. Es una maquina formada por un conjunto de procesadores que comparten memoria principal. En este tipo de arquitecturas, los procesos concurrentes no sólo pueden intercalar su ejecución sino también superponerla.
• Multicomputadora. Es una maquina de memoria distribuida, que está formada por una serie de computadoras. En este tipo de arquitecturas también es posible la ejecución simultánea de los procesos sobre los diferentes procesadores. En general, la concurrencia será aparente siempre que el número de procesos sea mayor que el de procesadores disponibles, es decir, cuando haya más de un proceso por procesador. La concurrencia será real cuando haya un proceso por procesador. Aunque puede parecer que la intercalación y la superposición de la ejecución de procesos presentan formas de ejecución distintas, se verá que ambas pueden contemplase como ejemplos de procesos concurrentes Existen diversas razones que motivan la ejecución de procesos concurrentes en un sistema:
• Facilita la programación de aplicaciones al permitir que éstas se estructuren como un conjunto de procesos que cooperan entre sí para alcanzar un objetivo común.
• Acelera los cálculos. Si se quiere que una tarea se ejecute con mayor rapidez, lo que se puede hacer es dividirla en procesos, cada uno de los cuales se ejecuta en paralelo con los demás.
• Posibilita el uso interactivo a múltiples usuarios que trabajan de forma simultánea.
• Permite un mejor aprovechamiento de los recursos, en especial de la CPU, ya que pueden aprovechar las fases de entrada-salida de unos procesos para realizar las fases de procesamiento de otros. Así como existen las razones que motivan la ejecución de procesos concurrentes, también existen sus contras:
• Inanición e interrupción de procesos
• Ocurrencia de bloqueos
• Que dos o mas procesos requieran el mismo recurso (No apropiativo)
Los procesos son concurrentes si existen simultáneamente. Cuando dos o más procesos llegan al mismo tiempo a ejecutarse, se dice que se ha presentado una concurrencia de procesos. Es importante mencionar que para que dos o más procesos sean concurrentes, es necesario que tengan alguna relación entre ellos La concurrencia puede presentarse en tres contextos diferentes:
• Varias aplicaciones: La multiprogramación se creó para permitir que el tiempo de procesador de la máquina fuese compartido dinámicamente entre varios trabajos o aplicaciones activas.
• Aplicaciones estructuradas: Como ampliación de los principios del diseño modular y la programación estructurada, algunas aplicaciones pueden implementarse eficazmente como un conjunto de procesos concurrentes.
• Estructura del sistema operativo: Las mismas ventajas de estructuración son aplicables a los programadores de sistemas y se ha comprobado que algunos sistemas operativos están implementados como un conjunto de procesos. Existen tres modelos de computadora en los que se pueden ejecutar procesos concurrentes:
• Multiprogramación con un único procesador. El sistema operativo se encarga de ir repartiendo el tiempo del procesador entre los distintos procesos, intercalando la ejecución de los mismos para dar así una apariencia de ejecución simultánea.
• Multiprocesador. Es una maquina formada por un conjunto de procesadores que comparten memoria principal. En este tipo de arquitecturas, los procesos concurrentes no sólo pueden intercalar su ejecución sino también superponerla.
• Multicomputadora. Es una maquina de memoria distribuida, que está formada por una serie de computadoras. En este tipo de arquitecturas también es posible la ejecución simultánea de los procesos sobre los diferentes procesadores. En general, la concurrencia será aparente siempre que el número de procesos sea mayor que el de procesadores disponibles, es decir, cuando haya más de un proceso por procesador. La concurrencia será real cuando haya un proceso por procesador. Aunque puede parecer que la intercalación y la superposición de la ejecución de procesos presentan formas de ejecución distintas, se verá que ambas pueden contemplase como ejemplos de procesos concurrentes Existen diversas razones que motivan la ejecución de procesos concurrentes en un sistema:
• Facilita la programación de aplicaciones al permitir que éstas se estructuren como un conjunto de procesos que cooperan entre sí para alcanzar un objetivo común.
• Acelera los cálculos. Si se quiere que una tarea se ejecute con mayor rapidez, lo que se puede hacer es dividirla en procesos, cada uno de los cuales se ejecuta en paralelo con los demás.
• Posibilita el uso interactivo a múltiples usuarios que trabajan de forma simultánea.
• Permite un mejor aprovechamiento de los recursos, en especial de la CPU, ya que pueden aprovechar las fases de entrada-salida de unos procesos para realizar las fases de procesamiento de otros. Así como existen las razones que motivan la ejecución de procesos concurrentes, también existen sus contras:
• Inanición e interrupción de procesos
• Ocurrencia de bloqueos
• Que dos o mas procesos requieran el mismo recurso (No apropiativo)
Tipos de procesos concurrentes.
Los procesos que ejecutan de forma concurrente en un sistema se pueden clasificar como:
Proceso independiente: Es aquel que ejecuta sin requerir la ayuda o cooperación de otros procesos. Un claro ejemplo de procesos independientes son los diferentes shells que se ejecutan de forma simultánea en un sistema.
Los procesos que ejecutan de forma concurrente en un sistema se pueden clasificar como:
Proceso independiente: Es aquel que ejecuta sin requerir la ayuda o cooperación de otros procesos. Un claro ejemplo de procesos independientes son los diferentes shells que se ejecutan de forma simultánea en un sistema.
Procesos son cooperantes: Son aquellos que están diseñados para trabajar conjuntamente en alguna actividad, para lo que deben ser capaces de comunicarse e interactuar entre ellos. En ambos tipos de procesos (independientes y cooperantes), puede producirse una serie de interacciones entre ellos y pueden ser de dos tipos:
• Interacciones motivadas porque los procesos comparten o compiten por el acceso a recursos físicos o lógicos. Por ejemplo, dos procesos independientes compiten por el acceso a disco o para modificar una base de datos.
• Interacción motivada porque los procesos se comunican y sincronizan entre sí para alcanzar un objetivo común, Por ejemplo, un compilador que tiene varios procesos que trabajan conjuntamente para obtener un solo archivo de salida.
Elementos a gestionar y diseñar a causa de la concurrencia. Se pueden enumerar los siguientes:
1. El sistema operativo debe ser capaz de seguir la pista de los distintos procesos activos. Esto lo hace por medio de PBC’s (Bloque de Control de Procesos)
2. El sistema operativo debe asignar y quitar los distintos recursos a cada proceso activo. Entre estos recursos se incluyen:
• Tiempo de procesador: Es función de la planificación.
• Memoria: La mayoría de los sistemas operativos emplean esquemas de memoria virtual.
• Archivos:
• Dispositivos de E/S:
3. El sistema operativo debe proteger los datos y los recursos físicos de cada proceso contra injerencias no intencionadas de otros procesos.
4. Los resultados de un proceso deben ser independientes de la velocidad relativa a la que se realiza la ejecución con respecto a otros procesos concurrentes.
Cuando dos o mas procesos llegan al mismo tiempo a ejecutarse, se dice que se ha presentado una concurrencia de procesos. Es importante mencionar que para que dos o mas procesos sean concurrentes , es necesario que tengan alguna relaciones entre ellos como puede ser la cooperaciion para un determinado trabajo o el uso de informacion y recursos compartidos, por ejemplo: en un sistema de un procesador , la multiprogramaciion es una condicion necesaria pero no suficiente para que exista concurrencia, ya que los procesos pueden ejecutarse de forma totalmente independiente.
Por otro lado en un sistema de varios procesos se puede presentar la concurrencia siempre y cuando las actividades necesiten actuar entre ellos sea para utilizar informacion como para cualquier otra cosa.
2.4.1 Exclusion mutua de secciones criticas.
Regiones críticas
Es posible clasificar las interacciones de los procesos en función del nivel de conocimiento que cada proceso tiene de la existencia de los demás:
• Los procesos no tienen conocimiento de los demás: Estos son procesos independientes que no están pensados para operar juntos.
• Los procesos tienen un conocimiento indirecto de los otros: Los procesos no conocen necesariamente a los otros, pero comparten el acceso a algunos objetos.
• Los procesos tienen un conocimiento directo de los otros: Los procesos son capaces de comunicarse con los demás y están diseñados para trabajar conjuntamente en alguna actividad.
Competencia entre procesos por los recursos.
Es posible clasificar las interacciones de los procesos en función del nivel de conocimiento que cada proceso tiene de la existencia de los demás:
• Los procesos no tienen conocimiento de los demás: Estos son procesos independientes que no están pensados para operar juntos.
• Los procesos tienen un conocimiento indirecto de los otros: Los procesos no conocen necesariamente a los otros, pero comparten el acceso a algunos objetos.
• Los procesos tienen un conocimiento directo de los otros: Los procesos son capaces de comunicarse con los demás y están diseñados para trabajar conjuntamente en alguna actividad.
Competencia entre procesos por los recursos.
Los procesos concurrentes entran en conflicto cuando compiten por el uso del mismo recurso, es decir, quieren acceder a un recurso al mismo tiempo. Y la ejecución de un proceso puede influir en el comportamiento de los procesos que compiten y el sistema operativo le asignará el recurso a uno de ellos y el otro tendrá que esperar. Por lo que el proceso que quede esperando, se retrazará, se bloqueara y en el peor de los casos nunca se terminará con exito
Es en estos procesos concurrentes, donde, se plantean una serie de situaciones clásicas de comunicación y sincronización, entre ellos el problema de la sección crítica.
Exclusión mutua
La exlcusión mutua la podríamos definir como una operación de control que permite la coordinación de procesos concurrentes, y que tiene la capacidad de prohibir a los demás procesos realizar una acción cuando un proceso haya obtenido el permiso.
El control de la competencia involucra al sistema operativo inevitablemente, porque es el sistema operativo el que asigna los recursos. Además, los procesos deben ser capaces por sí mismos de expresar de algún modo los requisitos de exclusión mutua, como puede ser bloqueando los recursos antes de usarlos.
2.4.2 Sincronizacionn de Procesos en S.C.
La sincronización es la transmisión y recepción de señales que tiene por objeto llevar a cabo el trabajo de un grupo de procesos cooperativos. Es la coordinación y cooperación de un conjunto de procesos para asegurar la comparación de recursos de cómputo. La sincronización entre procesos es necesaria para prevenir y/o corregir errores de sincronización debidos al acceso concurrente a recursos compartidos.
La sincronización permite intercambiar señales de tiempo (ARRANQUE/PARADA) entre procesos cooperantes para garantizar las relaciones específicas de precedencia impuestas por el problema que se resuelve. Sin una sincronización adecuada entre procesos, la actualización de variables compartidas puede inducir a errores de tiempo relacionados con la concurrencia que son con frecuencia difíciles de depurar.
2.4.2.1 Mecanismo de semaforos.
Sincronización por semáforos
En 1965, E.W. Dijkstra sugirió el uso de una variable entera para contar el número de despertares almacenados para su uso posterior.
En 1965, E.W. Dijkstra sugirió el uso de una variable entera para contar el número de despertares almacenados para su uso posterior.
En su propuesta se presentó un nuevo tipo de variable, llamada Semáforo. Un semáforo puede tener el valor 0, lo que indica que no existen despertares almacenados; o bien algún valor positivo si están pendientes uno o más despertares.
Dijkstra, propuso dos operaciones, DOWN y UP (generalizaciones de SLEEP y WAKEUP, respectivamente). La operación Down verifica si el valor de un semáforo es mayor que 0. En este caso, decrementa el valor (es decir, utiliza un despertar almacenado) y continúa. Si el valor es cero, el proceso se va a dormir. La verificación y modificación del valor, así como la posibilidad de irse a dormir se realiza en conjunto, como una sola e indivisible acción atómica. Se garantiza que al iniciar una operación con un semáforo, ningún otro proceso puede tener acceso a semáforo hasta que la operación termine o se bloquee. Esta atomicidad es absolutamente esencial para resolver los problemas de sincronización y evitar condiciones de competencia.
La operación UP incrementa el valor del semáforo correspondiente. Si uno o más procesos dormían en ese semáforo y no podían completar una operación Down anterior, el sistema elige alguno de ellos (por ejemplo, en forma aleatoria) y se le permite terminar Down. Así, después de un UP en un semáforo con procesos durmiendo, el semáforo seguirá con valor cero, pero habrá un menor número de procesos durmiendo. La operación de incremento del semáforo y despertar de un proceso también es indivisible. Ningún proceso llega a bloquear mediante un UP.
Un semáforo es una variable protegida, cuyo valor sólo puede ser leído y alterado mediante las operaciones P y V, y una operación de asignación de valores iniciales y (Inicia semáforo).
2.4.3 Interbloqueo (DeadLock)
El interbloqueo puede definirse formalmente como sigue: Un conjunto de procesos está en interbloqueo si cada proceso del conjunto está esperando un evento que sólo otro proceso del conjunto puede causar. Puesto que todos los procesos están esperando, ninguno de ellos puede causar ninguno de los eventos que podrían despertar a cualquiera de los demás miembros del conjunto, y todos los procesos continúan esperando indefinidamente.
Tipos de recursos
Se pueden distinguir dos categorías generales de recursos: reutilizables y consumibles.
Reutilizables
Un recurso reutilizable es aquél que puede ser usado con seguridad por un proceso y no se agota con el uso. Los procesos obtienen unidades de recursos que liberan posteriormente para que otros procesos las reutilicen. Como ejemplos de recursos reutilizables se tienen los procesadores, canales de E/S, memoria principal y secundaria, dispositivos y estructuras de datos tales como archivos, bases de datos y semáforos.
Consumibles
Un recurso consumible es aquél que puede ser creado (producido) y destruido (consumido). Normalmente, no hay límite en el número de recursos consumibles de un tipo en particular. Un proceso productor que no está bloqueado puede liberar cualquier número de recursos consumibles. Cuando un proceso adquiere un recurso, éste deja de existir. Como ejemplos de recursos consumibles están las interrupciones, señales, mensajes, e información en buffers de E/S.
Tipos de recursos
Se pueden distinguir dos categorías generales de recursos: reutilizables y consumibles.
Reutilizables
Un recurso reutilizable es aquél que puede ser usado con seguridad por un proceso y no se agota con el uso. Los procesos obtienen unidades de recursos que liberan posteriormente para que otros procesos las reutilicen. Como ejemplos de recursos reutilizables se tienen los procesadores, canales de E/S, memoria principal y secundaria, dispositivos y estructuras de datos tales como archivos, bases de datos y semáforos.
Consumibles
Un recurso consumible es aquél que puede ser creado (producido) y destruido (consumido). Normalmente, no hay límite en el número de recursos consumibles de un tipo en particular. Un proceso productor que no está bloqueado puede liberar cualquier número de recursos consumibles. Cuando un proceso adquiere un recurso, éste deja de existir. Como ejemplos de recursos consumibles están las interrupciones, señales, mensajes, e información en buffers de E/S.
Condiciones para el interbloques.
Coffman (1971) demostró que deben cumplirse cuatro condiciones para que haya un bloqueo mutuo:
1. Condición de exclusión mutua. Cada recurso está asignado únicamente a un solo proceso o está disponible. 2. Condición de retener y esperar.Los procesos que actualmente tienen recursos que les fueron otorgados previamente
pueden solicitar nuevos recursos.
3. Condición de no expropiación. No es posible quitarle por la fuerza a un proceso los recursos que le fueron
otorgados previamente. El proceso que los tiene debe liberarlos explícitamente.
4. Condición de espera circular. Debe haber una cadena circular de dos o más procesos, cada uno de los cuales está
esperando un recurso retenido por el siguiente miembro de la cadena.
Deben estar presentes estas cuatro condiciones para que ocurra un bloqueo mutuo. Si una o más de estas condiciones está ausente, no puede haber bloqueo mutuo.
Coffman (1971) demostró que deben cumplirse cuatro condiciones para que haya un bloqueo mutuo:
1. Condición de exclusión mutua. Cada recurso está asignado únicamente a un solo proceso o está disponible. 2. Condición de retener y esperar.Los procesos que actualmente tienen recursos que les fueron otorgados previamente
pueden solicitar nuevos recursos.
3. Condición de no expropiación. No es posible quitarle por la fuerza a un proceso los recursos que le fueron
otorgados previamente. El proceso que los tiene debe liberarlos explícitamente.
4. Condición de espera circular. Debe haber una cadena circular de dos o más procesos, cada uno de los cuales está
esperando un recurso retenido por el siguiente miembro de la cadena.
Deben estar presentes estas cuatro condiciones para que ocurra un bloqueo mutuo. Si una o más de estas condiciones está ausente, no puede haber bloqueo mutuo.
2.4.3.1 Prevencion.
La estrategia de prevención del interbloqueo consiste, a grandes rasgos, en diseñar un sistema de manera que esté excluida, a priori, la posibilidad de interbloqueo. Los métodos para prevenir el interbloqueo son de dos tipos. Los métodos indirectos consisten en impedir la aparición de alguna de las tres condiciones necesarias, antes mencionadas (condiciones 1 a 3). Los métodos directos consisten en evitar la aparición del círculo vicioso de espera (condición 4). Se examinarán a continuación las técnicas relacionadas con cada una de las cuatro condiciones.
Retención y Espera
La condición de retención y espera puede prevenirse exigiendo que todos los procesos soliciten todos los recursos que necesiten a un mismo tiempo y bloqueando el proceso hasta que todos los recursos puedan concederse simultáneamente. Esta solución resulta ineficiente por dos factores. En primer lugar, un proceso puede estar suspendido durante mucho tiempo, esperando que se concedan todas sus solicitudes de recursos, cuando de hecho podría haber avanzado con sólo algunos de los recursos. Y en segundo lugar, los recursos asignados a un proceso pueden permanecer sin usarse durante periodos considerables, tiempo durante el cual se priva del acceso a otros procesos.
No apropiación ( no expropiacion )
La condición de no apropiación puede prevenirse de varias formas. Primero, si a un proceso que retiene ciertos recursos se le deniega una nueva solicitud, dicho proceso deberá liberar sus recursos anteriores y solicitarlos de nuevo, cuando sea necesario, junto con el recurso adicional. Por otra parte, si un proceso solicita un recurso que actualmente está retenido por otro proceso, el sistema operativo puede expulsar al segundo proceso y exigirle que libere sus recursos. Este último esquema evitará el interbloqueo sólo si no hay dos procesos que posean la misma prioridad. Esta técnica es práctica sólo cuando se aplica a recursos cuyo estado puede salvarse y restaurarse más tarde de una forma fácil, como es el caso de un procesador.
La estrategia de prevención del interbloqueo consiste, a grandes rasgos, en diseñar un sistema de manera que esté excluida, a priori, la posibilidad de interbloqueo. Los métodos para prevenir el interbloqueo son de dos tipos. Los métodos indirectos consisten en impedir la aparición de alguna de las tres condiciones necesarias, antes mencionadas (condiciones 1 a 3). Los métodos directos consisten en evitar la aparición del círculo vicioso de espera (condición 4). Se examinarán a continuación las técnicas relacionadas con cada una de las cuatro condiciones.
Retención y Espera
La condición de retención y espera puede prevenirse exigiendo que todos los procesos soliciten todos los recursos que necesiten a un mismo tiempo y bloqueando el proceso hasta que todos los recursos puedan concederse simultáneamente. Esta solución resulta ineficiente por dos factores. En primer lugar, un proceso puede estar suspendido durante mucho tiempo, esperando que se concedan todas sus solicitudes de recursos, cuando de hecho podría haber avanzado con sólo algunos de los recursos. Y en segundo lugar, los recursos asignados a un proceso pueden permanecer sin usarse durante periodos considerables, tiempo durante el cual se priva del acceso a otros procesos.
No apropiación ( no expropiacion )
La condición de no apropiación puede prevenirse de varias formas. Primero, si a un proceso que retiene ciertos recursos se le deniega una nueva solicitud, dicho proceso deberá liberar sus recursos anteriores y solicitarlos de nuevo, cuando sea necesario, junto con el recurso adicional. Por otra parte, si un proceso solicita un recurso que actualmente está retenido por otro proceso, el sistema operativo puede expulsar al segundo proceso y exigirle que libere sus recursos. Este último esquema evitará el interbloqueo sólo si no hay dos procesos que posean la misma prioridad. Esta técnica es práctica sólo cuando se aplica a recursos cuyo estado puede salvarse y restaurarse más tarde de una forma fácil, como es el caso de un procesador.
2.4.3.2 Deteccion
Las estrategias de prevención del interbloqueo son muy conservadoras; solucionan el problema del interbloqueo limitando el acceso a los recursos e imponiendo restricciones a los procesos. En el lado opuesto, las estrategias de detección del interbloqueo no limitan el acceso a los recursos ni restringen las acciones de los procesos. Con detección del interbloqueo, se concederán los recursos que los procesos necesiten siempre que sea posible. Periódicamente, el sistema operativo ejecuta un algoritmo que permite detectar la condición de círculo vicioso de espera. Puede emplearse cualquier algoritmo de detección de ciclos en grafos dirigidos.
El control del interbloqueo puede llevarse a cabo tan frecuentemente como las solicitudes de recursos o con una frecuencia menor, dependiendo de la probabilidad de que se produzca el interbloqueo. La comprobación en cada solicitud de recurso tiene dos ventajas: Conduce a una pronta detección y el algoritmo es relativamente simple, puesto que está basado en cambios increméntales del estado del sistema. Por otro lado, tal frecuencia de comprobaciones consume un tiempo de procesador considerable.
Una vez detectado el interbloqueo, hace falta alguna estrategia de recuperación. Las técnicas siguientes son posibles enfoques, enumeradas en orden creciente de sofisticación:
1. Abandonar todos los procesos bloqueados. Esta es, se crea o no, una de las soluciones más comunes, si no la más común, de las adoptadas en un sistema operativo.
2. Retroceder cada proceso interbloqueado hasta algún punto de control definido previamente y volver a ejecutar todos los procesos. Es necesario que haya disponibles unos mecanismos de retroceso y reinicio en el sistema. El riesgo de esta solución radica en que puede repetirse el interbloqueo original. Sin embargo, el no determinismo del procesamiento concurrente asegura, en general, que esto no va a pasar.
3. Abandonar sucesivamente los procesos bloqueados hasta que deje de haber interbloqueo. El orden en el que se seleccionan los procesos a abandonar seguirá un criterio de mínimo coste. Después de abandonar cada proceso, se debe ejecutar de nuevo el algoritmo de detección para ver si todavía existe interbloqueo.
4. Apropiarse de recursos sucesivamente hasta que deje de haber interbloqueo. Como en el punto 3, se debe emplear una selección basada en coste y hay que ejecutar de nuevo el algoritmo de detección después de cada apropiación. Un proceso que pierde un recurso por apropiación debe retroceder hasta un momento anterior a la adquisición de ese recurso.
Para los puntos 3 y 4, el criterio de selección podría ser uno de los siguientes, consistentes en escoger el proceso con:
• La menor cantidad de tiempo de procesador consumido hasta ahora. • El menor número de líneas de salida producidas hasta ahora. • El mayor tiempo restante estimado. • El menor número total de recursos asignados hasta ahora. • La prioridad más baja.
Algunas de estas cantidades son más fáciles de medir que otras. El tiempo restante estimado deja lugar a dudas, especialmente. Además, aparte de las medidas de prioridad, no existe otra indicación del “coste” para el usuario frente al coste para el sistema en conjunto.
2.4.3.3 Recuperacion
Una vez que se ha detectado el interbloqueo se debe romper para que los recursos puedan finalizar su ejecución y liberar así los recursos. Para ruptura de la espera se pueden realizar varias opciones. Las idónea sería suspendiendo algunos de los procesos bloqueados para tomar sus recursos y reanudar sus ejecución una vez que se hubiera deshecho el interbloqueo. Esta solución solo pueden resultar factible en casos muy particulares; no se podría suspender a un proceso de escribir de escribir en una impresora para pasarla a otro proceso y reanudar después la impresión, como tampoco se podría suspender indefinidamente un proceso de tiempo real. Las dos opciones que se suelen utilizar son: reiniciar uno o más de los procesos bloqueados y expropiar los recursos de algunos de los procesos bloqueados.
Para aplicar la primera de las opciones se deben tener en cuenta una serie de factores con el fin de elegir aquellos procesos cuya reiniciación resulte menos traumática. Entre los factores a tener en cuenta en cada proceso se tienen:
1. La prioridad del proceso.
2. El tiempo de procesamiento utilizado y el que le resta.
3. El tipoy numero de recursos que posee.
4. El numero de recursos que necesita para finalizar.
5. El numero de otros procesos que se verían involucrados con su reiniciación
El procedimiento de la segunda opción consiste en ir expropiando recursos de algunos procesos de forma sucesiva hasta que se consiga salir del interbloqueo. La elección de los recursos que se expropian se basa en criterios similares a los expuestos en la reiniciación de los procesos.
En algunos sistemas de tiempo real el interbloqueo puede tener resultados inaceptables, por lo que no se puede permitir que se presente dicha situación. En otros sistemas se rechaza el interbloqueo, aunque la situación pudiera ser aceptable, por el costo en tiempo y medios adicionales que conlleva la recuperación.
Comunidad Tecnologica.
Prof. Lauro Soto, La Paz, B.C. 2008.
(http://www.mitecnologico.com/Main/ConcurrenciaYSecuenciabilidad)
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2.5 NIVELES, OBJETIVOS Y CRITERIOS DE PLANIFICACION
Cuando más de un proceso es ejecutable desde el punto de vista lógico, el Sistema Operativo debe decidir cuál de ellos debe ejecutarse en primer término.
El Planificador es la porción del Sistema Operativo que decide y el Algoritmo de Planificación es el utilizado. Los principales “criterios” respecto de un buen algoritmo de planificación son la equidad, la eficacia, el tiempo de respuesta, el tiempo de regreso y el rendimiento.
Cada proceso es único e impredecible, es decir que pueden requerir intensivamente operaciones de Entrada / Salida o intensivamente cpu; el planificador del Sistema Operativo no tiene la certeza de cuánto tiempo transcurrirá hasta que un proceso se bloquee, ya sea por una operación de Entrada / Salida o por otra razón .
Para evitar que un proceso se apropie de la cpu un tiempo excesivo, los equipos poseen un dispositivo que provoca una interrupción en forma periódica, por ejemplo 60 hz, o sea sesenta veces por segundo.
En cada interrupción del reloj el Sistema Operativo decide si el proceso que se está ejecutando continúa o si el proceso agotó su tiempo de cpu y debe suspenderse y ceder la cpu a otro proceso. Los principales conceptos relacionados con Planificación del Procesador son los siguiente:
- Planificación apropiativa: es la estrategia de permitir que procesos ejecutables (desde el punto de vista lógico) sean suspendidos temporalmente.
- Planificación no apropiativa: es la estrategia de permitir la ejecución de un proceso hasta terminar.
- Planificación del procesador: determinar cuándo deben asignarse los procesadores y a qué procesos, lo cual es responsabilidad del Sistema Operativo.
Niveles de Planificación del Procesador
Se consideran tres niveles importantes de planificación, los que se detallan a continuación.
- Planificación de alto nivel: También se denomina Planificación de trabajos.
Determina a qué trabajos se les va a permitir competir activamente por los recursos del sistema, lo cual se denomina Planificación de admisión. - Planificación de nivel intermedio: Determina a qué procesos se les puede permitir competir por la cpu.
Responde a fluctuaciones a corto plazo en la carga del sistema y efectúa “suspensiones” y “activaciones” (“reanudaciones”) de procesos.
Debe ayudar a alcanzar ciertas metas en el rendimiento total del sistema. - Planificación de bajo nivel: Determina a qué proceso listo se le asigna la cpu cuando esta queda disponible y asigna la cpu al mismo, es decir que “despacha” la cpu al proceso.
La efectúa el Despachador del Sistema Operativo, el que opera muchas veces por segundo y reside siempre en el almacenamiento primario.
Los distintos Sistemas Operativos utilizan varias Políticas de Planificación, que se instrumentan mediante Mecanismos de Planificación.
Objetivos de la Planificación
Los objetivos de la planificación del procesador son los siguientes e involucran a los conceptos detallados seguidamente.
Ser justa:
- Todos los procesos son tratados de igual manera.
- Ningún proceso es postergado indefinidamente.
- Maximizar la capacidad de ejecución:
Maximizar el número de procesos servidos por unidad de tiempo. - Maximizar el número de usuarios interactivos que reciban unos tiempos de respuesta aceptables.
- Ser predecible:
Un trabajo dado debe ejecutarse aproximadamente en la misma cantidad de tiempo independientemente de la carga del sistema. - Minimizar la sobrecarga.
- Favorecer a los procesos que utilizarán recursos infrautilizados.
- Equilibrar respuesta y utilización:
La mejor manera de garantizar buenos tiempos de respuesta es disponer de los recursos suficientes cuando se necesitan, pero la utilización total de recursos podrá ser pobre. - Evitar la postergación indefinida:
- Mientras un proceso espera por un recurso su prioridad debe aumentar, así la prioridad llegará a ser tan alta que el proceso recibirá el recurso esperado.
- Asegurar la prioridad:
Los mecanismos de planificación deben favorecer a los procesos con prioridades más altas. - Dar preferencia a los procesos que mantienen recursos claves:
Un proceso de baja prioridad podría mantener un recurso clave, que puede ser requerido por un proceso de más alta prioridad. - Si el recurso es no apropiativo, el mecanismo de planificación debe otorgar al proceso un tratamiento mejor del que le correspondería normalmente, puesto que es necesario liberar rápidamente el recurso clave.
- Dar mejor tratamiento a los procesos que muestren un “comportamiento deseable”:
- Un ejemplo de comportamiento deseable es una tasa baja de paginación.
- Degradarse suavemente con cargas pesadas:
Un mecanismo de planificación no debe colapsar con el peso de una exigente carga del sistema. - Se debe evitar una carga excesiva mediante las siguientes acciones.
- No permitiendo que se creen nuevos procesos cuando la carga ya es pesada.
- Dando servicio a la carga más pesada al proporcionar un nivel moderadamente reducido de servicio a todos los procesos.
Muchas de estas metas se encuentran en conflicto entre sí, por lo que la planificación se convierte en un problema complejo.
Para realizar los objetivos de la planificación, un mecanismo de planificación debe considerar lo siguiente.
- La limitación de un proceso a las operaciones de Entrada / Salida: cuando un proceso consigue la cpu, ¿la utiliza solo brevemente antes de generar una petición de Entrada / Salida?.
- La limitación de un proceso a la cpu: cuando un proceso obtiene la cpu, ¿tiende a usarla hasta que expira su tiempo?.
- Si un proceso es por lote (batch) o interactivo: los usuarios interactivos deben recibir inmediato servicio para garantizar buenos tiempos de respuesta.
¿Qué urgencia tiene una respuesta rápida?: por ejemplo, un proceso de tiempo real de un sistema de control que supervise una refinería de combustible requiere una respuesta rápida, más rápida que la respuesta requerida por un proceso en lotes (batch) que deberá entregarse al día siguiente. - La prioridad de un proceso: a mayor prioridad mejor tratamiento.
Frecuentemente un proceso genera fallos (carencias) de página:
Probablemente los procesos que generan pocos fallos de página hayan acumulado sus “conjuntos de trabajo” en el almacenamiento principal. - Los procesos que experimentan gran cantidad de fallos de página aún no han establecido sus conjuntos de trabajo.
- Un criterio indica favorecer a los procesos que han establecido sus conjuntos de trabajo.
Otro criterio indica favorecer a los procesos con una tasa alta de fallos de página ya que rápidamente generarán una petición de Entrada / Salida. - Frecuentemente un proceso ha sido apropiado por otro de más alta prioridad, lo cual significa lo siguiente:
A menudo los procesos apropiados deben recibir un tratamiento menos favorable.
Cada vez que el Sistema Operativo asume la sobrecarga para hacer ejecutar este proceso, el corto tiempo de ejecución antes de la apropiación no justifica la sobrecarga de hacer ejecutar al proceso en primer lugar. - ¿Cuánto tiempo de ejecución real ha recibido el proceso?: un criterio considera que debe ser favorecido un proceso que ha recibido muy poco tiempo de cpu.
¿Cuánto tiempo adicional va a necesitar el proceso para terminar?: los tiempos promedio de espera pueden reducirse priorizando los procesos que requieren de un tiempo de ejecución mínimo para su terminación, pero pocas veces es posible conocer la cantidad de tiempo adicional que cada proceso necesita para terminar.
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2.6 TECNICAS DE ADMINISTRACION DEL PLANIFICADOR
2.6. 1 FIFO
"Es muy simple, los procesos se despachan de acuerdo con su tiempo de llegada a la cola de listos. Una vez que el proceso obtiene la cpu, se ejecuta hasta terminar, ya que es una disciplina “no apropiativa”. Puede ocasionar que procesos largos hagan esperar a procesos cortos y que procesos no importantes hagan esperar a procesos importantes. Es más predecible que otros esquemas. No puede garantizar buenos tiempos de respuesta interactivos. Suele utilizarse integrado a otros esquemas, por ejemplo, de la siguiente manera: Los procesos se despachan con algún esquema de prioridad. Los procesos con igual prioridad se despachan “FIFO”."
S.O. - Procesos y Administración del Procesador
http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/SistemasOperativos/SO2.htm#TP
2.6.2 SJF
"Es una disciplina no apropiativa y por lo tanto no recomendable en ambientes de tiempo compartido. El proceso en espera con el menor tiempo estimado de ejecución hasta su terminación es el siguiente en ejecutarse. Los tiempos promedio de espera son menores que con “FIFO”. Los tiempos de espera son menos predecibles que en “FIFO”. Favorece a los procesos cortos en detrimento de los largos. Tiende a reducir el número de procesos en espera y el número de procesos que esperan detrás de procesos largos. Requiere un conocimiento preciso del tiempo de ejecución de un proceso, lo que generalmente se desconoce. Se pueden estimar los tiempos en base a series de valores anteriores. "
S.O. - Procesos y Administración del Procesador
http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/SistemasOperativos/SO2.htm#TP
http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/SistemasOperativos/SO2.htm#TP
2.6.3 RR
"Los procesos se despachan en “FIFO” y disponen de una cantidad limitada de tiempo de cpu, llamada “división de tiempo” o “cuanto”. Si un proceso no termina antes de expirar su tiempo de cpu ocurren las siguientes acciones: La cpu es apropiada. La cpu es otorgada al siguiente proceso en espera. El proceso apropiado es situado al final de la lista de listos. Es efectiva en ambientes de tiempo compartido. La sobrecarga de la apropiación se mantiene baja mediante mecanismos eficientes de intercambio de contexto y con suficiente memoria principal para los procesos. "
S.O. - Procesos y Administración del Procesador
http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/SistemasOperativos/SO2.htm#TP
http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/SistemasOperativos/SO2.htm#TP
2.6.4 Queves multi-level
"Los esquemas analizados hasta ahora suponen que todos los procesos ejecutables están en la memoria principal. Si la memoria principal es insuficiente, ocurrirá lo siguiente.Habrá procesos ejecutables que se mantengan en disco. Habrá importantes implicaciones para la planificación, tales como las siguientes: El tiempo de alternancia entre procesos para traer y procesar un proceso del disco es considerablemente mayor que el tiempo para un proceso que ya está en la memoria principal. Es más eficiente el intercambio de los procesos con un planificador de dos niveles.
El esquema operativo de un planificador de dos niveles es como sigue: Se carga en la memoria principal cierto subconjunto de los procesos ejecutables. El planificador se restringe a ellos durante cierto tiempo. Periódicamente se llama a un planificador de nivel superior para efectuar las siguientes tareas: Eliminar de la memoria los procesos que hayan permanecido en ella el tiempo suficiente. Cargar a memoria los procesos que hayan estado en disco demasiado tiempo. El planificador de nivel inferior se restringe de nuevo a los procesos ejecutables que se encuentren en la memoria.
El planificador de nivel superior se encarga de desplazar los procesos de memoria a disco y viceversa. Los criterios que podría utilizar el planificador de nivel superior para tomar sus decisiones son los que se indican a continuación: ¿Cuánto tiempo ha transcurrido desde el último intercambio del proceso?. ¿Cuánto tiempo de cpu ha utilizado recientemente el proceso?. ¿Qué tan grande es el proceso? (generalmente los procesos pequeños no causan tantos problemas en este sentido). ¿Qué tan alta es la prioridad del proceso?. El planificador de nivel superior podría utilizar cualquiera de los métodos de planificación analizados .
S.O. - Procesos y Administración del Procesador
2.6.5 Multi-level feedback queves
Proporcionan una estructura para lograr los siguientes objetivos: Favorecer trabajos cortos. Favorecer trabajos limitados por la Entrada / Salida para optimizar el uso de los dispositivos de Entrada / Salida. Determinar la naturaleza de un trabajo lo más rápido posible y planificar el trabajo (proceso) en consecuencia. Un nuevo proceso entra en la red de línea de espera al final de la cola superior. Se mueve por esta cola “FIFO” hasta obtener la cpu. Si el trabajo termina o abandona la cpu para esperar por la terminación de una operación de Entrada / Salida o la terminación de algún otro suceso, el trabajo abandona la red de línea de espera.
Si su cuanto expira antes de abandonar la cpu voluntariamente, el proceso se coloca en la parte trasera de la cola del siguiente nivel inferior. El trabajo recibe servicio al llegar a la cabeza de esta cola si la primera está vacía. Mientras el proceso continúe consumiendo totalmente su cuanto en cada nivel, continuará moviéndose hacia el final de las colas inferiores.
Generalmente hay una cola en la parte más profunda a través de la cual el proceso circula en asignación de rueda hasta que termina. Existen esquemas en los que el cuanto otorgado al proceso aumenta a medida que el proceso se mueve hacia las colas de los niveles inferiores, en tal caso, cuanto más tiempo haya estado el proceso en la red de línea de espera, mayor será su cuanto cada vez que obtiene la cpu y no podrá obtener la cpu muy a menudo debido a la mayor prioridad de los procesos de las colas superiores.
Un proceso situado en una cola dada no podrá ser ejecutado hasta que las colas de los niveles superiores estén vacías. Un proceso en ejecución es apropiado por un proceso que llegue a una cola superior. Es un mecanismo adaptable, es decir que se adapta a cargas variables. A los efectos de una revisión gráfica de lo enunciado precedentemente..."
S.O. - Procesos y Administración del Procesador
http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/SistemasOperativos/SO2.htm#TP
http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/SistemasOperativos/SO2.htm#TP
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CONCLUSION
Llegado a este punto, hemos aprendido como el sistema operativo se encuentra estructurado en una primera etapa, el desarrollo de procesos y la comprensión de los hilos de ejecución a través de los cuales, el sistema delega funciones y opera en forma multi funcional.
También estudiamos la forma en la que el sistema gestiona las interrupciones, este se encarga de controlar los accesos al procesador, verificar el estatus de un proceso y determinar se ejecución de acuerdo al nivel de importancia, cabe destacar que no todas las interrupciones son controladas por el SO, ya que existen interrupciones enmascaradas y que son exclusivas del hardware de nuestro ordenador.
La manera en la que opera nuestra computadora es muy compleja, una vez más comprender su funcionamiento, nos permite prever soluciones a ciertos problemas de ejecución, así como establecer prioridades al monto de asignar tareas, sobre todo para los sistemas multiusuarios.
También estudiamos la forma en la que el sistema gestiona las interrupciones, este se encarga de controlar los accesos al procesador, verificar el estatus de un proceso y determinar se ejecución de acuerdo al nivel de importancia, cabe destacar que no todas las interrupciones son controladas por el SO, ya que existen interrupciones enmascaradas y que son exclusivas del hardware de nuestro ordenador.
La manera en la que opera nuestra computadora es muy compleja, una vez más comprender su funcionamiento, nos permite prever soluciones a ciertos problemas de ejecución, así como establecer prioridades al monto de asignar tareas, sobre todo para los sistemas multiusuarios.
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REFERENCIAS
- H. M. Deitel. Introducción a los Sistemas Operativos. Addison-Wesley Iberoamericana, México, 1987.
- A. S. Tanenbaum. Operating Systems: Design And Implementation. Prentice Hall, NJ-USA, 1987.
- A. S. Tanenbaum. Sistemas Operativos Modernos. Prentice Hall Hispanoamericana, S.A., México, 1993.
- A. S. Tanenbaum. Sistemas Operativos Distribuidos. Prentice Hall Hispanoamericana, S.A., México, 1996.
- J. L. Peterson; A. Silberschatz. Operating Systems Concepts. Addison-Wesley, MA-USA, 1991.
- J. Boria. Construcción de Sistemas Operativos. Kapelusz, Bs.As.-Argentina, 1987.
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