chapter03 sp

7/25/2019 Chapter03 Sp

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1

Control y Descripcin de Procesos

Chapter 3


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2

Requerimientos de un

Sistema Operativo Intercalar la ejecucin de multiples

procesos para maimi!ar la utili!acin

del procesador o"reciendo a la ve! un

tiempo de respuesta ra!ona#le

$si%nar los recursos a los procesos

Dar soporte a la comunicacin entre

procesos y a la creacin de procesos por

parte del usuario


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3

Conceptos

&na computadora consiste en una coleccin derecursos de hard'are

(as aplicaciones se desarrollan para reali!aruna tarea determinada

)s Ine"iciente que las aplicaciones sean escritasdirectamente para un hard'are dado*

&n Sistema Operativo provee un uso adecuadode los recursos+ se%uridad+ y una inter"a!

consistente con las aplicaciones* &n SO provee una representacin a#stracta yuni"orme del los recursos que pueden serrequeridos y accedidos por las aplicaciones


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,

Control de ejecucin de

$plicaciones

(os Recursos pueden estar disponi#les a

multiples aplicaciones

)l Procesador es compartido entre

multiples aplicaciones

)l procesador y los dispositivos I-O

pueden ser usados e"icientemente


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.

Proceso

&n pro%rama en ejecucin

&na instancia de un pro%rama en ejecucin

&na entidad que puede ser asi%nada y

ejecutada en un procesador

&na unidad de actividad caracteri!ada por la

ejecucin de una secuencia de instrucciones+

un estado actual+ y un conjunto asociado deinstrucciones de sistema


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/

)lementos de un Proceso

Identi"icador

)stado

Prioridad

Pro%ram counter

Punteros a 0emoria

&n conteto

In"ormacin de estado de I-O

In"ormacin de conta#ilidad


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1

loque de Control de Proceso

Contiene los elementos del proceso

Creado y administrado por el sistema

operativo

Permite la coordinacin y la cooperacin

entre procesos


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Process Control loc4

Identifer

Figure 3.1 Simplifed Process Con

State

Priority

Program counter

Memory pointers

Context data

I/ statusin!ormation

"ccountingin!ormation


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6ra!a de un Proceso

Secuencia de instrucciones que se

ejecutan para dicho proceso

)l comportamiento del procesador puede

caracteri!arse mostrando la "orma en que

se intercalan las tra!as de varios

procesos

)l despachador intercam#ia el

procesador entre un proceso y otro


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)jemplo de ejecucin

Main Memory"ddress

#ispatc$er

Process "

Process B

Process C

Program Coun%

1%%

&%%%

'%%%

'%%%

1(%%%

Figure 3.( Snaps$ot o! )xample )xecutio

at Instruction Cycle 13


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6ra!a de un Proceso


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73

Modelo de procesos con dos

estados

un proceso puede estar en uno de estos dos

estados

9 )jecucin :Runnin%;

9


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7,

Cola de procesos en I>O+ :>irst=in+ >irst=Out;

Cada #loque de la cola representa a un proceso)l comportamiento del despachador se puede descri#ir en t?rminos de un dia%rama

de colas

)l procesador opera se%@n un turno rotatorio :round=ro#in;


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7.

Creacin de un

proceso

en un entorno de tra#ajo por lotes+ un proceso se crea

como respuesta a la remisin de un tra#ajo*

)n un entorno interactivo+ se crea un proceso cuando

un nuevo usuario intenta conectarse el sistema operativo crea un proceso para dar servicio

a una aplicacin sin que el usuario ten%a que esperar+

ej* imprimir

un proceso puede ori%inar la creacin de otro proceso(process spawning)+ ej* servidor de archivos puede

crear un nuevo proceso por cada solicitud que reci#a


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7/

Terminacin normal )l proceso ejecuta una llamada a un servicio del SO

que indica que ha terminado de ejecutar

Tiempo limite excedido )l proceso se ha ejecutado mas que el limite de totalespeci"icado* Aay varias posi#ilidades para la clase detiempo que se mide* )ntre ?stas se incluyen el tiempo totaltranscurrido :Btiempo de reloj;+ el tiempo que se ha estadoejecutando y+ en el caso de un proceso interactivo+ el tiempo

transcurrido desde que el usuario real reali! su @ltimaentrada de datos

No hay memoria disponible )l proceso necesita ms memoria de la que el sistema lepuede proporcionar

Violacin de limites )l proceso trata de acceder a una posicin de memoria a laque no le est permitido acceder

Error de proteccin )l proceso intenta utili!ar un recurso o un archivo que no leest permitido utili!ar+ o trata de utili!arlo de "ormaincorrecta+ como escri#ir en un archivo que es solo delectura*

Error Aritmtico )l proceso intenta hacer un clculo prohi#ido+ como unadivisin por cero+ o trata de almacenar un n@mero mayor

del que el hard'are acepta*

6erminacin de un proceso


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6erminacin de un procesoTiempo mx de espera rebasado )l proceso ha esperado ms all del tiempo

mimo especi"icado para que se produ!ca cierto suceso*

Fallo de E/S Se produce un error en la entrada o la salida+ tal como laincapacidad de encontrar un archivo+ un "allo de r-'despu?s de un n@mero mimo de intentos :cuando+ porejemplo+ hay un re%in de"ectuosa en una cinta;+ o unaoperacin ile%al :como intentar leer de una impresora;

Instrccin in!lida )l proceso intenta ejecutar una instruccin ineistente :a

menudo como resultado de un salto a una !ona de datospara intentar ejecutar los datos;*

Instrccin pri!ile"iada )l proceso intenta usar una instruccin reservada para elsistema operativo

Mal so de los datos &n elemento de dato es de un tipo equivocado o no estiniciali!ado*

Inter!encin del oper o del S# Por al%una ra!n el operador o el sistema operativo terminacon el proceso :por ejemplo+ si eiste un inter#loqueo;*

Terminacin del padre Cuando un proceso padre "inali!a+ el sistema operativopuede diseEarse para terminar automticamente con todossus descendientes

Solicitd del padre &n proceso padre tiene normalmente la autoridad de

terminar con cualquiera de sus descendientes


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7

(imitaciones del modelo


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0odelo de cinco estados

)jecucin :Runnin%;

(isto :Ready;

loqueado :loc4ed;


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28

0odelo de cinco estados


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27

Process States


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22

&tili!acin de dos colas

Cuando se produce un suceso+ el so de#e recorrer toda la cola

de loqueados #uscando aquellos procesos que esperan al suceso


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23

0ultiples colas de loqueados

)-ent 1 ait

)-ent ( ait

)-entnait

#ispatc$eleaseeady 0ueue

"dmitProcessor

imeout

)-ent 1 0ueue)-ent 1ccurs

)-ent (ccurs

)-entnccurs

)-ent ( 0ueue

)-entn0ueue

*2, Multiple 2locked ueues


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2,

Procesos suspendidos

)l procesador es tan rpido comparadocon la I-O que todos los procesos enmemoria podrFan estar #loqueados

)l intercam#io :S'ap; de estos procesosa disco podrFa li#erar memoria para otroproceso o para crear uno nuevo

)l estado #loqueado se trans"orma asuspendido cuando el proceso est endisco


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2.

&n estado suspendido


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2/

&n estado suspendido

6odos los procesos que "ueron suspendidos esta#an en el estado loqueadoSon necesarios dos estados nuevosG

Bloqueado y suspendido: )l proceso est en disco esperando un suceso*

Listo y suspendido: )l proceso est en disco pero est disponi#le para

su ejecucin tan pronto como se car%ue en la memoria principal*


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21

6'o Suspend States


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2

Ra!ones para suspender un

proceso

Intercambio )l sistema operativo necesita li#erar su"iciente memoriaprincipal para car%ar un proceso que est listo paraejecutarse

#tra ra$n del S# )l sistema operativo puede suspender un proceso de "ondo+

de utilidad o cualquier proceso que se sospecha sea el

causante de un pro#lema

Solicitd de n sario &n usuario puede querer suspender la ejecucin de unpro%rama con "ines de depuracin o en conein con el usode un recurso

%or tiempo &n proceso puede ejecutarse peridicamente :por ejemplo+

un proceso de conta#ilidad o de supervisin del sistema; ypuede ser suspendido mientras espera el si%uiente intervalo

de tiempo

Solicitd del proceso padre &n proceso padre puede querer suspender a ejecucin de unproceso padre descendiente para eaminar o modi"icar elproceso suspendido o para coordinar la actividad de variosdescendientes


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25

Procesos y Recursos

P1 est ejecutndoseH una parte del proceso est en memoria principalH tiene el control de dos dispositivos de )-S

P2 tam#i?n est en memoria principal+ pero est #loqueado esperando al dispositivo de )-S que est asi%nado a P1

)l procesoPn ha sido descar%ado a disco y por tanto+ est suspendido


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)structuras de Control del SO

In"ormacin so#re el estado actual de

cada proceso y de cada recurso

)l SO construye y mantiene ta#las de

in"ormacin so#re cada entidad que est?

administrando

6a#lasG de memoria+ de )-S+ de archivos

y de procesos


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37

6a#las de 0emoria

(a asi%nacin de memoria principal a losprocesos

(a asi%nacin de memoria secundaria a losprocesos

$tri#utos de proteccin de se%mentos dememoria principal o virtual tales como qu?

procesos pueden acceder a ciertas re%iones

compartidas de memoria In"ormacin necesaria para %estionar lamemoria virtual


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32

6a#las de )-S

)-S puede estar disponi#le o estar

asi%nado a un proceso

)stado de una operacin de )-S en curso

(a posicin de memoria principal que se

est utili!ando como ori%en o destino de

una trans"erencia de )-S


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33

6a#las de $rchivos

)istencia de los archivos

Su posicin en la memoria secundaria

Su estado actual

Otros atri#utos

&tili!ada por un sistema de %estin de

archivos


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3,

6a#la de Procesos

Dnde est u#icado el proceso

$tri#utos del proceso

9Pro%rama

9Datos

9Stac4


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3.

Im%en del Proceso

Elementos T&picos de na Ima"en de %roceso

'atos de (sario

(a parte modi"ica#le del espacio de usuario* Puede %uardar

datos del pro%rama+ una !ona para una pila del usuario y

pro%ramas que pueden modi"icarse*

%ro"rama de (sario

)l pro%rama a ejecutar*

%ila del Sistema

Cada proceso tiene una o ms pilas asociadas a ?l* &na pila

se utili!a para almacenar los parmetros y las direcciones de

retorno*

)lo*e de +ontrol de %roceso

In"ormacin necesaria para que el sistema operativo controle

al proceso


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3/

Memory

#e-ices

Files

Processes

Process 1

Memory a2les

ProcessImage

Process1

ProcessImage

Processn

I/ a2les

File a2les

Figure 3.11 4eneral Structure o! perating Syste

Primary Process a2le

Process (

Process 3

Processn


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loque de Control de Procesos

Identi"icacin del Proceso

9Identi"icadores

(os identi"icadores num?ricos que se pueden

%uardar en el #loque de control de procesoincluyenG

9 Identi"icador de este proceso

9 Identi"icador del proceso que cre a este proceso :el

proceso padre;

9 Identi"icador del usuario


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3


In"ormacin de )stado del Procesador

9Re%istros isi#les para el &suario

&n re%istro visi#le para el usuario es aqu?l al

que puede hacerse re"erencia por medio dellen%uaje mquina que ejecuta el procesador*


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35



9Re%istros de Control y de )stadoAay varios re%istros del procesador que se emplean para

controlar su "uncionamiento* )ntre estos se incluyenG

Program counter:Contiene la direccin de la prima

instruccin a ser tratada

Cdigos de condicin:0uestran el resultado de la

operacin aritm?tica o l%ica ms reciente :si%no+ cero+

acarreo+ i%ualdad+ des#ordamiento;*

Informacin de estado:incluye los indicadores de

ha#ilitacin o inha#ilitacin de interrupciones y el modo

de ejecucin


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,8



9Stac4 Pointers

Cada proceso tiene una o ms pilas (I>O del

sistema asociadas* (as pilas se utili!an paraalmacenar los parmetros y las direcciones de

retorno de los procedimientos y de las llamadas

al sistema* )l puntero de pila siempre apunta a

la cima de la pila*


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,7


In"ormacin de Control del Proceso9 In"ormacin de Plani"icacin y de )stado)sta es la in"ormacin que se necesita por el sistema operativo parallevar a ca#o sus "unciones de plani"icacin* (os elementos tFpicosde esta in"ormacin son los si%uientesG

Estado del proceso:De"ine la disposicin del proceso para serplani"icado para ejecutar :en ejecucin+ listo+ esperando+ detenido;*

Prioridad:Se puede usar uno o ms campos para descri#ir laprioridad de plani"icacin de los procesos* )n al%unos sistemas senecesitan varios valores :por omisin+ actual+ la ms alta permitida;*

Informacin de planificacin:)sta depender del al%oritmo deplani"icacin utili!ado* Como ejemplos se tienen la cantidad de

tiempo que el proceso ha estado esperando y la cantidad de tiempoque el proceso ejecut la @ltima ve!*

Suceso:(a identidad del suceso que el proceso est esperandoantes de poder reanudarse*


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,2


In"ormacin de Control del Proceso

9 )structuracin de Datos

&n proceso puede estar enla!ado con otros

procesos en una cola o al%una otra estructura*Por ejemplo todos los procesos que estn en

estado de espera de un nivel determinado de

prioridad pueden estar enla!ados en una cola*

&n proceso puede mostrar una relacin padre=

hijo con otro proceso* )l CP puede contener

punteros a otros procesos para dar soporte a

estas estructuras*


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,3



9 Comunicacin entre Procesos

Puede ha#er varios indicadores+ seEales y mensajes

asociados con la comunicacin entre dos procesos

independientes* &na parte de esta in"ormacin o toda ellase puede %uardar en el #loque de control de proceso*

9 Privile%ios de los procesos

$ los procesos se es otor%an privile%ios en t?rminos de la

memoria a la que pueden acceder y el tipo de

instrucciones que pueden ejecutar* $dems+ tam#i?n se

pueden aplicar privile%ios al uso de los servicios y

utilidades del sistema*


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,,



9 Jestin de 0emoria

)sta seccin puede incluir punteros a las ta#las de

p%inas y-o se%mentos que descri#en la memoria virtual

asi%nada al proceso*

9 Propiedad de los Recursos y &tili!acin

Se pueden indicar los recursos controlados por el

proceso+ tales como los archivos a#iertos* 6am#i?n se

puede incluir un histrico de la utili!acin del procesador

o de otros recursosH esta in"ormacin puede ser necesaria

para el plani"icador


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,.

Control de Procesos

Modos de e,eccin

0odo de usuario

9modo menos privile%iado

9los pro%ramas de usuario ejecutan

normalmente en ese modo

0odo de sistema+ control+ o 4ernel

9modo ms privile%iado

9Kernel del sistema operativo


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,/

Creacin de Procesos

$si%na un @nico identi"icador al nuevoproceso

$si%nar espacio para el proceso :ima%en;

Iniciali!ar el #loque de control del proceso

)sta#lecer los enlaces apropiados9 Por ejemplo+ si el sistema operativo mantiene cada

cola de plani"icacin como una lista enla!ada+entonces el proceso nuevo se de#e poner en la colade (istos o de (istos y suspendidos

Crear o ampliar otras estructuras de datos9 )jG el sistema operativo puede mantener un archivo

de conta#ilidad


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,1

Cam#io de Proceso

Cundo cam#iar de procesoG

Interrpcin de relo,-Si el SO determina que el proceso que est en ejecucin+ se haestado ejecutando durante la "raccin mima de tiempo permitida+el proceso de#e pasar al estado (isto y se de#e epedir otro proceso

Interrpcin de E/S-Si la accin constituye un suceso que estn esperando uno o msprocesos+ entonces el SO traslada todos los procesos #loqueadoscorrespondientes al estado (isto o (isto suspendido

Fallo de memoria-una re"erencia a una direccin de memoria virtual no est enmemoria principal* )l SO puede llevar a ca#o un cam#io deconteto para reanudar la ejecucin de otro procesoH el proceso quecometi el "allo de memoria se pasa a estado loqueado*


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,

Cam#io de Proceso

6rap

9)rror o ecepcin

9Si es "atal puede causar que el proceso pase

al estado terminado

(lamada al sistema

9)jG a#rir un archivo* )l proceso de usuario

pasa al estado suspendido

C #i d ) t d d l


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,5

Cam#io de )stado de los

Procesos

Salvar el conteto del procesador+ incluyendo

el contador de pro%rama y otros re%istros

$ctuali!ar el #loque de control del proceso

que esta#a en estado de )jecucin 0over el #loque de control del proceso a la

cola apropiada (istos+ loqueados (istos y

suspendidos

Seleccionar otro proceso para ejecucin

C #i d ) t d d l


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.8

Cam#io de )stado de los

Procesos

$ctuali!ar el #loque de control del

proceso seleccionado

$ctuali!ar las estructuras de datos de

%estin de memoria

Restaurar el conteto del procesador a

aquel que eistFa en el momento en el

que el proceso seleccionado dej por@ltima ve! el estado de )jecucin


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.7

Fnciones )sicas del N.cleo

de n Sistema #perati!oestin de %rocesos

Creacin y terminacin de los procesos

Plani"icacin y epedicin de los procesos

Cam#io de procesos

Sincroni!acin de procesos y soporte para la comunicacin entre procesos

Jestin de los #loques de control de procesos

estin de memoria

$si%nacin de espacios de direcciones a los procesos

Intercam#io

Jestin de p%inas y se%mentos

estin de E/S

Jestin de #u""ers

$si%nacin de canales de )-S y dispositivos a los procesosFnciones de Soporte

6ratamiento de interrupciones

Conta#ilidad

Supervisin

E,ec cin del sistema


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.2

E,eccin del sistema

operati!o Ncleo fuera de todo proceso

9 )jecucin del n@cleo "uera de cualquier proceso

9 )l cdi%o del sistema operativo se ejecuta comouna entidad separada que opera en modo

privile%iado Ejecucin dentro de los procesos de usuario

9 SO en el conteto de un proceso de usuario:coleccin de rutinas que el usuario llama para

llevar a ca#o varias "unciones y que son ejecutadasdentro del entorno del proceso de usuario;

9 )l proceso se ejecuta en modo privile%iado cuandoejecuta cdi%o del SO


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.3

P1 P( Pn

5ernel

*a, Separate kernel

P1 P( Pn S1 Sk

*c, S !unctions execute as separate pro

Figure 3.1& elations$ip Bet6ee

System and 7ser Processe

SFunc8tions

SFunc8tions

SFunc8tions

P1 P( Pn

Process S6itc$ing Functions

Process S6itc$ing Functions

*2, S !unctions execute 6it$in user proc


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.,

E,eccin del sistema


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..

E,eccin del sistema

operati!o

Sistema operativo basado en procesos

9implementacin del sistema operativo como

una coleccin de procesos del sistema

9@til en un entorno de multiprocesador o devarias computadoras

&


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./

&


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.1

&


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.

&


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