gestion de procesos

Sistemas Operativos - Tema 1: Introduccin a los SSOO

Sistemas Operativos - Tema 3: Gestin de procesos

Facultad de Ingeniera Industrial y de Sistemas

Escuela de Ingeniera de Sistemas

Curso: Sistemas Operativos

Ing. Edgar Muante Villafuerte

Sesin: Gestin de Procesos



Definicin de proceso

Descripcin de los procesos

Estados de un proceso

Planificacin del procesador Algoritmos de planificacin

Resumen



Definicin de Proceso

Proceso: instancia de un programa en ejecucin. Un mismo programa puede dar lugar a varios procesos

Cada proceso ocupa un espacio en memoria y tiene unos datos

Para el sistema operativo el proceso es un conjunto de estructuras de datos a gestionar.

El proceso es el elemento central de la ejecucin y el que realiza los trabajos del usuario.

Todas las estructuras del sistema operativo estn orientadas a la gestin de procesos.



Estructuras de Control del S.O. (I)

Tabla de memoria Se utilizan para seguir la pista a la memoria principal y secundaria

Incluyen la asignacin de memoria a los procesos, los atributos de proteccin de memoria y cualquier otra informacin utilizada para

gestionar la memoria

Tabla de dispositivos de E/S Se utilizan para administrar los dispositivos y los canales de E/S

Anotan si un dispositivo est asignado a un proceso

Tambin la situacin de una operacin en curso



Estructuras de Control del S.O. (II)

Tabla de ficheros Almacenan informacin sobre la posicin, estado y otros

atributos de los ficheros

En algunos sistemas el gestor de ficheros es independiente del S.O. y esta informacin es externa

Tabla de procesos Se utilizan para administrar los procesos

Es la estructura que estudiaremos en este tema

Estas cuatro tablas estn enlazadas entre s.



Estructuras de Control de Procesos

Imagen de un proceso Un proceso est formado por el espacio suficiente como para

albergar las instrucciones y los datos.

Adems, durante la ejecucin hace uso de una pila para llevar la cuenta de llamadas a procedimientos.

Por ltimo, tiene un bloque de control de proceso (PCB) con los atributos que utiliza el sistema operativo para controlarlo.

Las instrucciones, datos y pila se almacenan en la memoria de procesos de usuario. La forma de almacenamiento depende del mecanismo de gestin de memoria empleado.

El PCB se almacena en la memoria destinada al S.O.



Bloque de Control de Proceso

Identificacin del proceso Campos destinados a identificar el proceso en el sistema.

PID, PPID, UID, GID, etc...

Informacin de estado del procesador Almacena el contenido de los registros del procesador cuando el

proceso no est ejecutando.

AC, IR, PC, etc...

Informacin de Control Almacena la informacin que utiliza el S.O. para gestionar la

ejecucin del proceso.



Informacin de Control

(Control) Informacin de Planificacin y Estado Se utiliza para decidir si el proceso ejecuta.

(Control) Privilegios del Proceso Indica qu tipo de operaciones puede realizar.

(Control) Recursos Utilizados Indica los recursos controlados por el proceso.

(Control) Comunicacin entre Procesos Informacin para interactuar con otros procesos.



El Papel del PCB

Es la estructura de datos central del S.O.

Contiene toda la informacin del S.O. sobre procesos

Los leen y modifican todos los mdulos del S.O.

Se debe proteger para evitar errores de utilizacin

Para ello se crea un mdulo del S.O. que contiene a todos los PCBs

Slo se permite acceder a ellos a travs de funciones de este mdulo



Estados de un proceso

Un estado describe la situacin actual de un proceso

Traza: representacin de la secuencia de instrucciones que se ejecutan durante la evolucin de un proceso

El S.O.: Controla la ejecucin de los procesos,

Establece el criterio para la intercalacin de las trazas

Determina cmo realizar la asignacin de los recursos que los procesos necesitan para su ejecucin.

Es necesario tener un modelo claro del comportamiento de un proceso, con objeto de disear un programa que controle los

procesos segn el modelo establecido



Modelo de 2 Estados

Es el modelo ms simple

Un proceso puede Ejecutar o No Ejecutar

El S.O. guarda datos sobre el estado y la posicin en memoria



Modelo de 5 estados

El modelo de dos estados no indica la razn por la que un proceso no ejecuta

Estado Listo: El proceso puede ejecutar.

Estado Bloqueado: El proceso no puede ejecutar.

Adems se utilizan otros dos estados Estado Nuevo: el SO ha realizado las acciones necesarias para

crear el proceso pero no se ha comprometido an a su ejecucin .

Estado Terminado: Se mantiene el proceso despus de terminar para recoger informacin sobre su ejecucin. El nico recurso que

utiliza es el PCB.



Modelo de 5 estados



Modelo de 7 Estados

El modelo de cinco estados no indica si un proceso est en memoria principal o secundaria

Esa divisin es vlida para Listo y Bloqueado

Un proceso en memoria secundaria est Suspendido

Con intercambio se puede aumentar el nmero de procesos que pasan de Nuevo a Listo

Los intercambios de procesos son operaciones de E/S y por tanto muy costosas



Modelo de 7 Estados



Polticas de Planificacin

Planificacin a Largo Plazo Admisin de nuevos procesos

Tiempo de resolucin largo

Criterio del 50%

Planificacin a Medio Plazo Intercambio a memoria secundaria

Tiempo de resolucin medio

Suspender procesos bloqueados

Planificacin a Corto Plazo Gestin del procesador

Tiempo de resolucin breve

FCFS, SJF, SRT, Prioridades, RR, etc



Modos de Ejecucin (I)

Para proteger los datos del S.O. se utiliza el hardware

Los procesadores tienen varios modos de ejecucin Modo ncleo: Ofrece todas sus instrucciones

Modo usuario: Ofrece un conjunto limitado de instrucciones que no permiten acceder a determinados elementos del sistema

El S.O. ejecuta en modo ncleo y el resto de los procesos lo hacen en modo usuario

Para cambiar de modo se usa la instruccin privilegiada CHM (Change Mode)



Modos de Ejecucin (II)

El cambio a modo usuario es sencillo, porque consiste en perder privilegios

El cambio a modo ncleo se realiza cuando un proceso ejecuta una llamada al sistema o cuando hay

una interrupcin

La llamada al sistema acta como una interrupcin pero proviene del software



Modos de Ejecucin (y III)

Si hay una interrupcin software o hardware, el procesador para la ejecucin del proceso actual

Es lo que se llama cambio de contexto Guarda en el PCB los registros que el proceso utiliza (son lo que

se llama contexto)

Ejecuta la Rutina de Tratamiento de Interrupcin

Despus recupera el contexto del PCB del proceso y lo devuelve al procesador

El cambio de contexto lo realiza el hardware para que sea ms rpido



Cambios de contexto y de proceso

CAMBIO DE CONTEXTO:

Salvar el contexto del proceso.

Analizar el tipo de interrupcin producida.

Asignar al contador de programa la direccin de la

rutina de tratamiento de la

interrupcin.

Cambiar de estado usuario a estado sistema.

CHM

Cambiar a PSW de la rutina a ejecutar.

CAMBIO DE PROCESO:

Salvar el contexto del proceso.

Actualizar el PCB del proceso en ejecucin, cambiando el estado.

Mover este PCB a la cola apropiada segn el estado.

Seleccionar otro proceso para ejecucin.

Actualizar el PCB del proceso seleccionado indicando el estado

ejecucin.

Actualizar las estructuras de datos de gestin de memoria.

Restaurar el contexto del procesador.



Criterios de Planificacin (I)

Uso de CPU Es bueno entre un 40% y un 90%

Se debe maximizar

Productividad Nmero de trabajos por unidad de tiempo

Se debe maximizar

Tiempo de retorno de un proceso Instante final menos instante inicial

Se debe minimizar



Criterios de Planificacin (II)

Tiempo de espera de un proceso Tiempo que est sin hacer nada productivo, ni ejecuta ni

utiliza los dispositivos de E/S

Incluye la espera del procesador y la espera de E/S

Se debe minimizar

Tiempo de retorno normalizado de un proceso Tiempo de retorno entre tiempo de servicio

El tiempo de servicio es el tiempo que est haciendo algo productivo

Se debe minimizar

El valor ptimo es uno



Criterios de Planificacin (y III)

Tiempo de respuesta interactiva de un proceso Tiempo hasta la primera respuesta para el usuario

Importante en sistemas de tiempo compartido

Se debe minimizar

Eficiencia segn prioridad Los procesos ms prioritarios terminan antes

Es un valor poltico, que depende de las necesidades de un sistema concreto



Algoritmos de Planificacin

Modo de Decisin Algoritmos no apropiativos: el proceso contina ejecutndose

mientras no acabe o se bloquee por una peticin E/S o peticin al

sistema.

Algoritmos apropiativos: el proceso puede ser interrumpido en la ejecucin.

Ejemplo de planificacin Para entender el funcionamiento de los algoritmos los estudiaremos

sobre el siguiente ejemplo

Proceso A B C D E

Llegada 0 2 4 6 8

Servicio 3 6 4 5 2



Algoritmos de Planificacin: Prioridades

Selecciona el proceso con mayor prioridad de los que esperan.

Se adapta a la forma de trabajo de muchos sistemas.

Es un algoritmo simple porque la prioridad existe en el sistema.

No es importante el tiempo que tardan los procesos de poca prioridad.

Es muy importante que los de alta prioridad tarden poco.

Puede ser apropiativo o no apropiativo.

Puede producir inanicin, que se soluciona aplicando prioridades con envejecimiento.



Algoritmos de Planificacin: FCFS

FCFS: Primero en llegar, Primero en ser servido

No apropiativo

Selecciona el primero de la cola de listos

Depende del orden de llegada

Penaliza a procesos cortos frente a largos

0 5 10 15 20

1

2

3

4

5



Algoritmos de Planificacin: SJF

SJF: Primero el Proceso ms Corto

No apropiativo

Selecciona el proceso de menor duracin estimada: No es aplicable si se desconoce la duracin de los procesos

Posibilidad de inanicin

0 5 10 15 20

1

2

3

4

5



Algoritmos de Planificacin: SRT

Menor Tiempo Restante (SRT)

Es un SJF Apropiativo segn duracin estimada No aplicable si no se conoce la duracin de los procesos

Genera el mejor resultado posible

Posibilidad de inanicin

Vlido para comparaciones tericas

0 5 10 15 20

1

2

3

4

5



Algoritmos de Planificacin: RR

Round Robin: Turno Rotatorio Apropiativo en funcin del tiempo. Selecciona el primero de la cola de listos. Equitativo para procesos heterogneos. Cada cambio de contexto retrasa los procesos. El rendimiento es malo si tienen carga de E/S.

0 5 10 15 20

1

2

3

4

5



Algoritmos de Planificacin: VRR

Turno Rotatorio Virtual (VRR )

Utiliza dos colas de acceso al procesador.

En la segunda estn los procesos que no pudieron completar su cuanto en la ltima ejecucin.

Esta cola tiene prioridad sobre la primera.

Los procesos de esta cola ejecutan slo durante el cuanto que no completaron anteriormente.

El objetivo es un RR con el rendimiento equilibrado entre los procesos con carga de CPU y los procesos con carga de E/S.



Algoritmos de Planificacin: HRRN

Siguiente el de Mayor Tasa de Respuesta (HRRN)

No apropiativo.

Selecciona el proceso con mayor tasa de respuesta: TR = (Tespera + Tservicio) / Tservicio

Minimiza el tiempo de retorno normalizado.

1

2

3

4

5

0 5 10 15 20



Algoritmos de Planificacin: Colas Multinivel

Se utilizan mltiples colas de procesos Listos Es posible aplicar un algoritmo en cada cola

Se necesita un algoritmo para seleccionar una cola para el proceso

Retroalimentacin: Un proceso vuelve de ejecutar a una cola diferente de la que sali

Se necesita un algoritmo para determinar a que cola va un proceso despus de cada rfaga de ejecucin

Un ejemplo clsico: Colas que utilizan RR con prioridad entre colas y Q en aumento. Un proceso siempre va a una cola con un

cuanto mayor.



Evaluacin de Algoritmos de planificacin

Evaluacin Analtica Modelos deterministas: Deciden para una carga de trabajo concreta

Modelos de colas: Aplica tcnicas de probabilidad

Es el mtodo ms econmico

Simulaciones Se programa un modelo y se obtienen medidas de los resultados

Implementacin Se codifica el S.O. y se comprueba como trabaja



Bibliografa

Bsica:

Sistemas operativos. Conceptos fundamentales. James L. Peterson y Abraham Silberschatz. Ed. Reverte. 1991.

Sistemas operativos, 5 edicin. Willian Stallings. Ed. Pearson. 2005.

Complementaria y de consulta:

Conceptos de Sistemas Operativos, 6 edicin. Silberschatz, Galvin y Gagne. Ed. Limusa-Wiley. 2002.

Sistemas operativos. Diseo e implementacin, 2 edicin. Andrew Tanenbaum y Albert Woodhull. Ed. Pearson. 2002.

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