Sistemas operativos para la administración de procesos en los sistemas mono y multiprocesadores

El siguiente documento describe las características que presentan los sistemas operativos para la administración de procesos en los sistemas mono y multiprocesadores. Se comienza con una introducción sobre la funcionalidad de un proceso para luego entrar en los detalles de implementación típicos de los sistemas operativos. Aún no termine la totalidad del documento pero lo quiero publicar en Internet para obtener feedback por parte de los lectores interesados en el mismo.

Procesos

¿Qué es un proceso?

Un proceso es un programa en ejecución. Un proceso simple tiene un hilo de ejecución, por el momento dejemos esta última definición como un concepto, luego se verá en más detalle el concepto de hilo. Una vez definido que es un proceso nos podríamos preguntar cuál es la diferencia entre un programa y un proceso, y básicamente la diferencia es que un proceso es una actividad de cierto tipo que contiene un programa, entradas salidas y estados.

Los procesos pueden ser cooperantes o independientes, en el primer caso se entiende que los procesos interactúan entre sí y pertenecen a una misma aplicación. En el caso de procesos independientes en general se debe a que no interactúan y un proceso no requiere información de otros o bien porque son procesos que pertenecen a distintos usuarios.

Estados de los procesos

Un proceso puede estar en cualquiera de los siguientes tres estados: Listo, En ejecución y Bloqueado.

Los procesos en el estado listo son los que pueden pasar a estado de ejecución si el planificador los selecciona. Los procesos en el estado ejecución son los que se están ejecutando en el procesador en ese momento dado. Los procesos que se encuentran en estado bloqueado están esperando la respuesta de algún otro proceso para poder continuar con su ejecución. Por ejemplo operación de E/S.

Implantación de los procesos

La implementación del modelo de procesos se logra debido a que el sistema operativo almacena en una tabla denominada tabla de control de procesos información relativa a cada proceso que se esta ejecutando en el procesador. Cada línea de esta tabla representa a un proceso.

La información que se almacena es la siguiente:

1) Identificación del proceso.

2) Identificación del proceso padre.

3) Información sobre el usuario y grupo.

4) Estado del procesador.

5) Información de control de proceso

5.1) Información del planificador.

5.2) Segmentos de memoria asignados.

5.3) Recursos asignados.

Comunicación entre procesos

Condiciones de competencia

Las condiciones de competencia se dan cuando dos o más procesos intentan acceder a un mismo recurso.

Secciones críticas

Para solucionar las condiciones de competencia se implementó un modelo para prohibir que dos procesos accedan al mismo recurso. El modelo en cuestión se denomina exclusión mutua.

Exclusión mutua con espera ocupada

Las soluciones con espera ocupada funcionan de la siguiente manera, cuando un proceso intenta ingresar a su región crítica, verifica si esta permitida la entrada. Si no, el proceso se queda esperando hasta obtener el permiso.

Desactivación de interrupciones

El método más simple para evitar las condiciones de competencia es hacer que cada proceso desactive todas sus interrupciones antes de entrar a su sección crítica y las active una vez que salio de la misma. Este modelo como se puede observar, éste modelo tiene una gran problema y es que si se produce una falla mientras que el proceso esta en la región crítica no se puede salir de la misma y el sistema operativo no recuperaría el control.

Variables cerradura

En éste caso se genera una variable la cual puede tener dos valores o bien 0 (no hay ningún proceso en su sección crítica) o bien 1 (indicando que la sección crítica está ocupada) entonces cada proceso antes de ingresar a la sección crítica verifica el estado de la variable de cerradura y en caso de que la misma este en 0, le cambia el valor e ingresa a la misma y en caso de que la misma sea 1 el proceso se queda verificando el estado de la misma hasta que el mismo sea 0.

El problema aquí se presenta si dos procesos verifican al mismo tiempo que la variable cerradura esta en 0 e ingresan a la región crítica.

Alternancia estricta

El algoritmo de alternancia estricta no bloquea el ingreso a la región crítica cuando otro proceso se esta ejecutando. El problema de ésta solución es que cuando un proceso no esta en la sección crítica igualmente tiene bloqueado el acceso a la misma y por lo tanto no permite que otro proceso que requiera ingresar a la misma logre hacerlo.

Instrucción TSL

Esta solución requiere ayuda del hardware y es debido a que en general las computadoras diseñadas para tener más de un procesador tienen una instrucción TEST AND SET LOCK

Dormir y despertar

El modelo de espera acotada tienen el inconveniente que se desperdicia tiempo de procesador.

El problema del productor y el consumidor

El problema del productor

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