Procesos
Un proceso no es más que un programa en ejecución, e incluye los valores actuales del contador de programa, los registros y las variables. Conceptualmente cada uno de estos procesos tiene su propia CPU virtual. Desde luego, en la realidad la verdadera CPU conmuta de un proceso a otro.
Un proceso es un concepto manejado por el sistema operativo que consiste en el conjunto formado por:
Las instrucciones de un programa destinadas a ser ejecutadas por el microprocesador. Su estado de ejecución en un momento dado, esto es, los valores de los registros de la CPU para dicho programa. Su memoria de trabajo, es decir, la memoria que ha reservado y sus contenidos.
Otra información que permite al sistema operativo su planificación. Esta definición varía ligeramente en el caso de sistemas operativos multihilo, donde un proceso consta de uno o más hilos, la memoria de trabajo (compartida por todos los hilos) y la información de planificación. Cada hilo consta de instrucciones y estado de ejecución.
Los procesos son creados y destruidos por el sistema operativo, así como también este se debe hacer cargo de la comunicación entre procesos, pero lo hace a petición de otros procesos. El mecanismo por el cual un proceso crea otro proceso se denomina bifurcación (folk). Los nuevos procesos pueden ser independientes y no compartir el espacio de memoria con el proceso que los ha creado o ser creados en el mismo espacio de memoria.
En los sistemas operativos multihilo es posible crear tanto hilos como procesos. La diferencia estriba en que un proceso solamente puede crear hilos para sí mismo y en que dichos hilos comparten toda la memoria reservada para el proceso. En este modelo: todo software ejecutable de la computadora, lo que a menudo incluye al sistema operativo, está organizado en una serie del proceso secuenciales, o simplemente procesos. La idea clava aquí es que un proceso es una actividad de algún tipo: tiene programa, entrada, salida y un estado. Se puede compartir un procesador entre varios procesos, usando algún algoritmo de planificación para determinar cuándo debe de trabajar en un proceso para atender a uno distinto. Jerarquías de procesos Los sistemas operativos que manejan el concepto de proceso deben contar con algún mecanismo para crear todos los procesos necesarios. En los sistemas muy sencillos, o en los diseñados para ejecutar solo una aplicación. En otros sistemas operativos existen llamadas al sistema para crear un proceso, cargar su memoria y ponerlo en ejecutar. Sea cual sea la naturaleza exacta de la llamada al sistema. Los procesos necesitan poder crear otros procesos.
Estados y transiciones de los procesos
El principal trabajo del procesador es ejecutar las instrucciones de máquina que se encuentran en memoria principal. Estas instrucciones se encuentran en forma de programas. Para que un programa pueda ser ejecutado, el sistema operativo crea un nuevo proceso, y el procesador ejecuta una tras otra las instrucciones del mismo. En un entorno de multiprogramación, el procesador intercalará la ejecución de instrucciones de varios programas que se encuentran en memoria. El sistema operativo es el responsable de determinar las pautas de intercalado y asignación de recursos a cada proceso. Aunque cada proceso se una entidad independiente, con su propio contador de programa y estado interno, los procesos a menudo necesitan interactuar con otros procesos. Un proceso podría generar ciertas salidas que otro proceso utilizan como entradas, en el comando de Shell. Cuando un proceso se bloquea, lo que hace porque le es imposible continuar lógicamente, casi siempre porque está separando entradas que todavía no están disponibles, también puede ser que un programa que conceptualmente está listo y en condiciones de ejecutarse sea detenido porque el sistema operativo ha decidido asignar la CPU a otro proceso durante un tiempo. Estas dos condiciones son totalmente distintas, en el primer caso, la suspensión es inherente al problema (no es posible procesar la línea de comandos del usuarios antes de que este la teclee). En el segundo caso, se trata de un tecnicismo del sistema (no hay suficiente: CPU para darle a cada proceso su propio procesador privado).
- Ejecutándose (usando realmente la CPU en este instante).
- Listo (se puede ejecutar, pero se suspendió temporalmente para dejar que otro proceso se ejecute).
- Bloqueo (no puede ejecutarse en tanto no ocurra algún evento externo).
Puede haber cuatro transiciones entre estos tres estados, La transacción 1 ocurre cuando un proceso descubre que no puede continuar. En algunos sistemas el proceso debe ejecutar una llamada al sistema, block, para pasar al estado bloqueado. En otros sistemas, cuando un proceso lee de un conducto o de un archivo especial, (p.ej., una terminal) y no hay entradas disponibles, se bloquea automáticamente.
Las transiciones 2 y 3 son causadas por el planificador de procesos, un parte del sistema operativo, sin que el proceso se entere siquiera de ellas.
La transición 2 ocurre cuando el planificador decide que el proceso en ejecución ya se ejecutó durante suficiente tiempo y es ahora de dejar que otros procesos tengan algo de tiempo de CPU.
La transacción 3 ocurre cuando todos los demás procesos han disfrutado de una porción justa y es hora de que el primer proceso reciba otra vez la CPU para ejecutarse.
La transacción 4 ocurre cuando acontece el suceso externo que un proceso estaba esperando (como la llegada de entrada). Sin ningún otro proceso se esta ejecutando en ese instante, se dispara de inmediato la transacción 3 y el proceso comienza a ejecutarse.
En caso contrario, el proceso tal vez tenga que esperar en el estado listo durante cierto tiempo hasta que la CPU este disponible. Usando el modelo de procesos, es mucho mas fácil visualizar lo que esta sucediendo dentro del sistema.
Procesos ligeros: Hilos o hebras
El concepto de proceso engloba dos conceptos separados y potencialmente independientes: uno relativo a la propiedad de recursos y otro que hace referencia a la ejecución. Unidad que posee recursos: A un proceso se le asigna un espacio de memoria y, de tanto en tanto, se le puede asignar otros recursos como dispositivos de E/S o ficheros.
Unidad a la que se le asigna el procesador: Un proceso es un flujo de ejecución (una traza) a través de uno o más programas. Esta ejecución se entremezcla con la de otros procesos. De tal forma, que un proceso tiene un estado (en ejecución, listo, etc) y una prioridad de expedición u origen. La unidad planificada y expedida por el sistema operativo es el proceso.
En la mayoría de los sistemas operativos, estas dos características son, de hecho, la esencia de un proceso. Sin embargo, son independientes, y pueden ser tratadas como tales por el sistema operativo. Esta distinción ha conducido en los sistemas operativos actuales a desarrollar la construcción conocida como thread, cuyas traducciones más frecuentes son hilo, hebra y proceso ligero. Si se tiene esta división de características, la unidad de asignación de la CPU se conoce como hilo, mientras que a la unidad que posee recursos se le llama proceso.
Dentro de un proceso puede haber uno o más hilos de control cada uno con: · Un estado de ejecución (en ejecución, listo, bloqueado).
- Un contexto de procesador, que se salva cuando no esté ejecutándose.
- Una pila de ejecución.
- Algún almacenamiento estático para variables locales.
- Acceso a la memoria y a los recursos de ese trabajo que comparte con los otros hilos.
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