Procesos en Sistemas Operativos

En un entorno de multiprogramación, multitud de actividades compiten por acceder a recursos como la CPU, memoria y recursos de red. Estas actividades se denominan procesos, y cada una de ellas es una instancia en memoria del programa que se ejecuta.

¿Qué es un Proceso?

• Un programa en ejecución. El mismo programa puede dar lugar a varios procesos.
• Cada proceso tiene asignado un número determinado de espacio en memoria.
• Para el Sistema Operativo (SO), un proceso es:
  • Un conjunto de estructuras de datos a gestionar.
  • La ejecución de estos datos marcará la funcionalidad del sistema.

Composición Interna de un Proceso

• Un programa ejecutable.
• Datos asociados que necesita el programa.
• Contexto de ejecución o estado del proceso (BCP – Bloque de Control de Proceso)
  • Registro del procesador.
  • Prioridad del proceso y estado en el que se encuentra.

Tipos de Procesos

• Proceso de usuario: Aquel creado por el sistema operativo para cumplir con el requisito de un usuario.
• Proceso del sistema: Aquel que es propio del sistema operativo, cuya función es la de cumplimentar tareas básicas del mismo.

Hilos (Threads)

• Entidad mínima de trabajo a planificar.
• Memoria de trabajo común.
• Cada hilo posee información independiente.
• Ejemplo: interfaz gráfica.

Interpretación de Hilos

• Nivel Usuario: Administración por la aplicación.
• Nivel Kernel: Administración por el kernel.

El SO y los Hilos

• Encargado de manejar la creación de procesos.
• Asignación de hilos.
• Contribuyen a la eficiencia de un proceso.

Ciclo de Vida de un Proceso

• Instancia: Arranque del sistema, por petición del usuario, lanzado por otro proceso.
• Ejecución: Una vez iniciado, realiza las instrucciones asociadas.
• Terminación:
  • Normal: Termina las ejecuciones relacionadas.
  • Por error: Cuando intenta acceder a un dato que ya no existe en memoria.
  • Error fatal: Memoria inaccesible, excepción (acceso nulo, divisiones por cero).
  • Por otro proceso: Un proceso acapara recursos y no deja terminar.

Niveles de Planificación de Procesos

• Nivel 0: Planificador
  • Nivel donde se ejecutan los algoritmos de planificación de procesos. Este nivel no es modificable en la administración de procesos.
• Nivel 1: Sistemas Operativos
  • Nivel donde el Sistema Operativo en el cual corren los procesos es capaz de modificar algunas de sus propiedades. Un claro ejemplo es el tránsito de procesos entre memoria RAM y la partición SWAP.
• Nivel 2: Ejecución
  • Nivel donde el usuario/administrador es capaz de modificar algunas de las propiedades del proceso. Por ejemplo, la propiedad de los procesos.

Gestión de Procesos

• Controlar el acceso a recursos.
• Controlar y mejorar la eficiencia del sistema.
• Mejorar la interoperabilidad de diversos programas, etc.

Objetivos de la Gestión de Procesos

• Cumplimiento de todas las peticiones de procesos.
• Evitar el bloqueo de la CPU, etc.

Requisitos para la Gestión de Procesos

• Intercalado: Aprovechamiento de la CPU y de la memoria.
• Asignación de recursos: Mediante algoritmos establecidos.
• Solicitudes de servicio: Atender a las peticiones de ejecución sin desbordarse.
• Mecanismos de gestión de procesos: Creación/eliminación/sincronización de procesos por parte de los usuarios.

Interrupciones

• No siempre la ejecución de un proceso se lleva a cabo de manera perfecta.
• Esto se debe a la existencia de interrupciones:
  • Peticiones de ejecución de otros procesos, dispositivos.
  • Necesidad de abortar una ejecución, etc.
• En el momento en el que esto ocurre, el procesador tiene dos opciones:
  • Continuar con la ejecución en curso.
  • Parar la ejecución y empezar una nueva, aceptando la solicitud nueva.
• Señales que llegan al núcleo del sistema y son procesadas, pudiendo:
  • Cambiar de contexto.
  • Continuar con el contexto actual.
• El núcleo del sistema solo contempla el cambio cuando llega una interrupción.
• Las interrupciones pueden venir de:
  • Un proceso.
  • Un dispositivo.

Daemons (Disk And Execution Monitor)

• Situados en /etc/init.d (shell script).
  • Start
  • Stop
  • Restart
  • Reload
• Dependiendo del runlevel se ejecutarán determinados daemons.
• Primer Daemon: init -> /etc/rcS.d
• Niveles de ejecución: 0 – 6 (/etc/rcX.d).
• K: Kill, S: Start, Num: XX (Prioridad de ejecución).
• Para saber en qué nivel de ejecución se encuentra la máquina:
  • runlevel
• Para pasar a un nivel de ejecución:
  • init X (X: nivel de ejecución)
  • /etc/init/rc-sysinit.conf

Planificación y Gestión de Recursos

• La gestión de recursos disponibles y la planificación de ejecución es clave. Debe cumplir:
  • Equitatividad: Procesos de igual categoría (prioridad) tienen acceso equitativo a los recursos.
  • Respuesta diferencial: La asignación de recursos debe ser homogénea; se deben cumplir la totalidad de requisitos.
  • Eficiencia: Maximizar la productividad, mejorando los tiempos de respuesta y minimizando los tiempos de espera.
• Antes de entrar en ejecución, los procesos deben ser gestionados:
  • Mejorando la eficacia y eficiencia.
  • Mejorando la disponibilidad de recursos.
• Esta planificación empieza con la creación de estructuras de control:
  • Relacionadas entre sí.
  • Manejan información del sistema y los procesos.

Estructuras de Control del Sistema Operativo

• Tablas de memoria, tablas de E/S, tablas de archivos y tablas de procesos.
  • Información de cada uno de los recursos con los que cuenta la CPU.
  • Una tabla por cada recurso que administra.

Tabla de Memoria

• Asignación de memoria principal y secundaria a cada proceso.
• Mecanismos de protección de la memoria.

Tabla de E/S

• Administración de los dispositivos de entrada y salida de los que dispone el sistema.
• Relación entre dispositivo y proceso.

Tabla de Archivos

• Información sobre los archivos y sus propiedades.
• Localización de los archivos en memoria.

Tabla de Procesos

• Información sobre los procesos y sus propiedades.
• Pila del sistema, Datos de usuario, BCP.

Bloque de Control de Procesos (BCP)

• Toda la información disponible del proceso.
• Cada vez que entra un proceso en ejecución, se crea un BCP con la información del proceso.
• Información que contiene:
  • Identificación del proceso.
  • Información del estado del procesador.
  • Información de control del proceso.