Definicion y Control de Procesos

Definicion y Control de Procesos

Los sistemas operativos multiprogramados necesitan del concepto de proceso. El sistema operativo debe entremezclar la ejecución de un número de procesos para maximizar la utilización de los recursos del ordenador. Al mismo tiempo, los sistemas de tiempo compartido deben proporcionar un tiempo de respuesta razonable. El sistema operativo debe asignar recursos a los procesos de acuerdo a una política específica (ciertas funciones o aplicaciones son de mayor prioridad), mientras impide los interbloqueos. Por último, el sistema operativo debe ofrecer un soporte para llevar a cabo la comunicación entre procesos.

El concepto de proceso es clave en los sistemas operativos modernos. La gestión del procesador mediante multiprogramación, revolucionó la concepción de los sistemas operativos, e introdujo el término proceso como elemento necesario para realizar dicha gestión. Por lo demás, este tema trata sobre la definición de proceso, el estudio de sus propiedades, y la gestión que realiza el sistema operativo para crear la abstracción de proceso, aunque esto último se completará en el tema de planificación. Por último, descubriremos que el concepto de proceso encierra, en realidad, dos características potencialmente independientes: por un lado, es una unidad a la que se le asigna y posee recursos y, por otro, es una unidad planificable. Basándonos en esta distinción emprenderemos el estudio de los threads (hebra o hilo), o también llamados procesos ligeros.

Qué es un proceso

Hasta ahora hemos utilizado siempre el término programa. A partir de ahora distinguiremos entre programa y proceso. Un programa es una secuencia de instrucciones escrita en un lenguaje dado. Un proceso es una instancia de ejecución de un programa, caracterizado por su contador de programa, su palabra de estado, sus registros del procesador, su segmento de texto, pila y datos, etc. Un programa es un concepto estático, mientras que un proceso es un concepto dinámico. Es posible que un programa sea ejecutado por varios usuarios en un sistema multiusuario, por cada una de estas ejecuciones existirá un proceso, con su contador de programa, registros, etc. El sistema operativo necesita el concepto de proceso para poder gestionar el procesador mediante la técnica de multiprogramación o de tiempo compartido, de hecho, el proceso es la unidad planificable, o de asignación de la CPU.

Modelo de tres estados

Para poder manejar convenientemente una administración de procesador es necesario contar con un cierto juego de datos. Ese juego de datos será una tabla (BCP o en inglés PCB) en la cual se reflejará en qué estado se encuentra el proceso, por ejemplo, si está ejecutando o no. Los procesos, básicamente, se van a encontrar en este caso, en tres estados:

- Ejecutando.

- Listos para la ejecución.

- Bloqueados por alguna razón.

Sobre la base de estos estados se construye lo que se denomina Diagrama de Transición de Estado (DTE). Estar en la cola de Listos significa que el único recurso que a ese proceso le está haciendo falta es el recurso procesador. O sea, una vez seleccionado de esta cola pasa al estado de Ejecución. Se tiene una transición al estado de Bloqueados cada vez que el proceso pida algún recurso. Una vez que ese requerimiento ha sido satisfecho, el proceso pasará al estado de Listo porque ya no necesita otra cosa más que el recurso procesador.

Para manejar esa cola de Listos se requiere de una tabla, y esa tabla debe tener una identificación de los procesos (Ver figura).

Como los listos pueden ser muchos, hará falta un puntero al primero de esa cola de listos, y posiblemente un enganche entre los siguientes en el mismo estado. Esta tabla contiene los Bloques de Control de Procesos. En este caso se agrupan los BCP en una Tabla de Bloques de Control de Procesos (TBCP).

Modelo de cinco estados

El modelo anterior de dos estados funcionaría bien con una cola FIFO y planificación por turno rotatorio para los procesos que no están en ejecución, si los procesos estuvieran siempre listos para ejecutar. En la realidad, los procesos utilizan datos para operar con ellos, y puede suceder que no se encuentren listos, o que se deba esperar algún suceso antes de continuar, como una operación de Entrada/Salida. Es por esto que se necesita un estado donde los procesos permanezcan bloqueados esperando hasta que puedan proseguir. Se divide entonces al estado No ejecución en dos estados: Listo y Bloqueado. Se agregan además un estado Nuevo y otro Terminado.

Los cinco estados de este diagrama son los siguientes:

Ejecución: el proceso está actualmente en ejecución.

Listo: el proceso está listo para ser ejecutado, sólo está esperando que el planificador así lo disponga.

Bloqueado: el proceso no puede ejecutar hasta que no se produzca cierto suceso, como una operación de Entrada/Salida.

Nuevo: El proceso recién fue creado y todavía no fue admitido por el sistema operativo. En general los procesos que se encuentran en este estado todavía no fueron cargados en la memoria principal.

Terminado: El proceso fue expulsado del grupo de procesos ejecutables, ya sea porque terminó o por algún fallo, como un error de protección, aritmético, etc.

Los nuevos estados Nuevo y Terminado son útiles para la de procesos. En este modelo los estados Bloqueado y Listo tienen ambos una cola de espera. Cuando un nuevo proceso es admitido por el sistema operativo, se sitúa en la cola de listos. A falta de un esquema de prioridades ésta puede ser una cola FIFO Los procesos suspendidos son mantenidos en una cola de bloqueados. Cuando se da un suceso se pasan a la cola de listos los procesos que esperaban por ese suceso. Si existe un esquema con diferentes niveles de prioridad de procesos es conveniente mantener varias colas de procesos listos, una para cada nivel de prioridad, lo que ayuda a determinar cuál es el proceso que más conviene ejecutar a continuación.

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”.

...