Sistemas Operativos Monopuesto UF1 - NF1 Parte 2 - Procesos

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Sistemas Operativos Monopuesto UF1 Introducción a los sistemas operativos NF1 - Características de los S.O. Javier Blasco

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Sistemas Operativos Monopuesto UF1 – Introducción a los sistemas operativos NF1 - Características de los S.O.Javier BlascoSOM – UF1 – NF1 - Características S.O.1. Características de los Sistemas Operativos, tipos y aplicaciones:1.8 Gestión de archivos: Sistemas de archivos, archivo, directorio, atributos, permisos 1.9 Gestión de memoria. 1.10 Gestión de procesos. Estados de los procesos. Prioridad y planificación. 1.11 Gestión de Entrada / Salida. 1.12 Sistemas transaccionales.SOM – UF

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Sistemas Operativos Monopuesto

UF1 – Introducción a los sistemas

operativos

NF1 - Características de los S.O.

Javier Blasco

Page 2: Sistemas Operativos Monopuesto UF1 - NF1 Parte 2 - Procesos

1. Características de los Sistemas Operativos, tipos y

aplicaciones:

1.8 Gestión de archivos: Sistemas de archivos,

archivo, directorio, atributos, permisos

1.9 Gestión de memoria.

1.10 Gestión de procesos. Estados de los procesos.

Prioridad y planificación.

1.11 Gestión de Entrada / Salida.

1.12 Sistemas transaccionales.

SOM – UF1 – NF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación.

• Programa:

Colección de instrucciones que el procesador

interpreta y ejecuta.

Para ser ejecutados deben residir en MP.

Se considera un ente estático.

• Proceso:

Programa en ejecución

El SO les asigna recursos.

Se considera un ente dinámico.

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Entidades de ejecución. Procesos.• Es un programa en ejecución que necesita recursos

para funcionar correctamente.

El sistema operativo proporciona una estructura de

datos única para cada proceso controlada mediante

el bloque de control de procesos. (PCB)

El Sistema Operativo debe proporcionar:

o Espacio de memoria independiente (Datos, Pila,

etc)

o Tiempo de procesador propio

o Recursos propios

Se ejecuta de forma secuencial

Puede haber más de un proceso derivado de un

programa.

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Entidades de ejecución. Hilos (threads).• Es la unidad fundamental del uso del procesador. Su

objetivo fundamental es compartir recursos entre

procesos cooperantes.

Se compone de Contador de programa, registros y

pila del procesador

Planificación a nivel de SO o a nivel de aplicación

La ejecución de un hilo evoluciona de forma

secuencial

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Entidades de ejecución. Tarea.

• Proceso tradicional = Tarea + hilo.

• Una tarea es una entidad que posee los recursos

para la ejecución de un hilos.

Una tarea puede tener varios hilos

Posee el código, los datos y los recursos comunes a

los hilos cooperantes

Un hilo pertenece a una única tarea y comparte

recursos sólo con otros hilos de la misma tarea

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Entidades de ejecución. Procesos e hilos.

SOM – UF1 - Características S.O.

un proceso

un hilo

varios procesos

un hilo por procesovarios procesos

varios hilos por proceso

un proceso

varios hilos

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Entidades de ejecución. Procesos e hilos.

SOM – UF1 - Características S.O.

Código Datos Archivos Código Datos Archivos

Hilo Hilos

Proceso Mono-hilo Proceso Multi-hilo

Tarea Tarea

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Entidades de ejecución. Proceso vs hilo.

• Los hilos se crean y se destruyen más rápidamente

que los procesos porque los recursos los tiene la

tarea.

• La conmutación de los hilos en la misma tarea tiene

un menor coste que la conmutación de procesos.

• Menor sobrecarga de comunicaciones: Todos los

hilos de una tarea comparten memoria.

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Entidades de ejecución. Bloque de control de

procesos.

• Es la estructura de datos que define y mantiene los

procesos. Contiene los siguientes elementos:

Estado actual del proceso

Identificador del proceso (PID)

Prioridad del proceso

Zona de memoria (mediante punteros)

Recursos utilizados

Registros internos CPU

Contador de programa

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación.

Estados de un proceso

• A medida que el proceso se ejecuta va cambiando de

estado. Existen dos clasificaciones de estados, una con

tres y otra con cinco, vamos a utilizar la de cinco:

Nuevo: Recién creado por el sistema operativo.

En ejecución: Esta en la CPU ejecutando

instrucciones.

Bloqueado: Esperando un evento (Operación E/S).

Preparado: Esperando la asignación de un

procesador.

Terminado: No ejecutará más instrucciones el S.O. le

quitará sus recursos.

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación.

Estados de un proceso

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. Conceptos.

• La ejecución de un trabajo se compone de

secuencias de procesador y de espera.

• Objetivo de la planificación:

Incrementar el rendimiento global del sistema

Maximizar el uso de la CPU

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. Conceptos.

• Planificador o scheduler: Determina en quién es el

siguiente proceso en hacer uso de la CPU. Gestiona las

políticas.

• Dispatcher o repartidor: Conmuta el procesador de un

trabajo a otro (cambio de contexto). Realiza las

siguientes gestiones:

Ejecuta el proceso durante un momento

Salva el estado del proceso en el BCP

Restaura el estado de otro proceso mediante su BCP

Transfiere el control al nuevo proceso

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. Conceptos.

SOM – UF1 - Características S.O.

Proceso 1 Proceso 2Sistema operativo

DispatcherPlanificadorDispatcher

DispatcherPlanificadorDispatcher

En ejecución

En ejecución

En ejecuciónListo

Listo

Listo

Interrupcióno llamada al

sistema

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. Conceptos.

• Los procesos pueden compartir el tiempo de CPU

mediante:

Multitarea cooperativa (No apropiativa)Una vez que el CPU ha sido asignado a un proceso,

ya no se le puede arrebatar.

Ejemplos: FIFO, Primer trabajo más corto

Multitarea expulsiva (apropiativa)Cuando a un proceso, el sistema operativo le puede

quitar el CPU antes asignado.

Ejemplos: Round Robin, Prioridades, Tiempo

restante más corto

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. Criterios de rendimiento.

• Se utilizan varias magnitudes para medir el rendimiento del

planificador:

Utilización de CPU: % que la CPU está ocupada.

Rendimiento: Trabajos de la CPU por unidad de tiempo.

Tiempo de retorno: Tiempo transcurrido entre la llegada

de un proceso y su finalización.

Tiempo de espera: Tiempo que un proceso permanece

en la cola de preparados.

Tiempo de respuesta: Tiempo que un proceso bloqueado

tarda en entrar en CPU, desde que ocurre el evento que

lo bloquea.

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. Algoritmos.

• FIFO (FCFS)

• Primero el más corto (SJF)

• Tiempo restante más corto (SRTF)

• Por prioridades

• Round Robin

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. FIFO.

• First Input First Output / First Come First served. Primero

en llegar, primero en salir, funciona como una cola FIFO.

• Ventajas:

Es muy fácil de implementar.

• Desventajas:

Un proceso largo puede monopolizar la CPU

efecto convoy.

Muy sensible al orden de llegada de los procesos.

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. FIFO. Ejemplo 1.

SOM – UF1 - Características S.O.

Proceso Duración Tiempo llegada T espera T retorno

PA 8 0 0 8

PB 3 3 6 8

PC 4 5 7 10

PD 4 8 8 11

T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

CO

LA PC PC PC PD PD PD

PB PB PB PB PB PC PC PC PD PD PD PD

CPU PA PA PA PA PA PA PA PA PB PB PB PC PC PC PC PD PD PD PD

Obs

Lle

ga

A

Lle

ga B

Lle

ga C

Sale

A

Lle

ga D

Sale

B

Sale

C

Sale

D

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. FIFO. Ejemplo 2.

SOM – UF1 - Características S.O.

Proceso Duración Tiempo llegada T espera T retorno

PA 3 0 0 3

PB 4 3 0 4

PC 5 7 0 5

PD 7 8 5 11

T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

CO

LA

PD PD PD PD

CPU PA PA PA PB PB PB PB PC PC PC PC PC PD PD PD PD PD PD PD

Obs

Lle

ga

A

Sale

A

Lle

ga B

Sale

B

Lle

ga C

Lle

ga D

Sale

C

Sale

D

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. SJF.

• Shortest Job First – Primero el más corto.

• Ventajas:

Reduce los tiempos medios de respuesta.

• Desventajas:

Calcular cuáles van a ser las duraciones de las

próximas ráfagas de CPU de cada proceso.

Riesgo de inanición de los procesos de larga

duración.

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. SJF. Ejemplo 1.

SOM – UF1 - Características S.O.

Proceso Duración Tiempo llegada T espera T retorno

PA 8 0 0 8

PB 3 3 6 8

PC 4 5 10 13

PD 3 8 4 6

T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

CO

LA PC PC PC PC PC PC

PB PB PB PB PB PD PD PD PC PC PC

CPU PA PA PA PA PA PA PA PA PB PB PB PD PD PD PC PC PC PC

Obs

Lle

ga

A

Lle

ga B

Lle

ga C

Sale

A

Lle

ga D

Sale

B

Sale

D

Sale

C

Page 24: Sistemas Operativos Monopuesto UF1 - NF1 Parte 2 - Procesos

1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. SJF. Ejemplo 2.

SOM – UF1 - Características S.O.

Proceso Duración Tiempo llegada T espera T retorno

PA 3 0 0 3

PB 4 3 0 4

PC 5 7 0 5

PD 7 8 5 11

T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

CO

LA

PD PD PD PD

CPU PA PA PA PB PB PB PB PC PC PC PC PC PD PD PD PD PD PD PD

Obs

Lle

ga

A

Sale

A

Lle

ga B

Sale

B

Lle

ga C

Lle

ga D

Sale

C

Sale

D

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. SRTF.

• Shortest Remaining Time First – Primero el que acabe

antes.

• Es un planificador expulsivo.

• En la cola de espera a igualdad de tiempos se ejecutará

el proceso que haya llegado antes a la cola.

• Desventajas:

El dispatcher debe calcular en cada ciclo cuanto

tiempo de ejecución le quedan a los procesos.

Puede haber una gran cantidad de cambios de

contexto por ser expulsivo.

SOM – UF1 - Características S.O.

Page 26: Sistemas Operativos Monopuesto UF1 - NF1 Parte 2 - Procesos

1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. SRTF. Ejemplo.

SOM – UF1 - Características S.O.

Proceso Duración Tiempo llegada T espera T retorno

PA 8 0 0 18

PB 3 3 0 3

PC 4 5 1 5

PD 3 8 3 5

T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

CO

LA PA PA PA

PA PA PC PA PA PD PD PA PA PA

CPU PA PA PA PB PB PB PC PC PC PC PD PD PD PA PA PA PA PA

Obs

Lle

ga

A

Lle

ga B

Sale

B

Lle

ga D

Sale

C

Sale

D

Sale

A

Page 27: Sistemas Operativos Monopuesto UF1 - NF1 Parte 2 - Procesos

1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. Prioridades.• Se asigna la CPU al proceso con mayor prioridad.

• Las prioridades pueden asignarse:

De forma interna, por sistema Operativo

De forma externa, por la aplicación

Estáticas

Dinámicas

• Ventajas:

Se ejecutan los procesos más importantes.

• Desventajas:

El inconveniente es que produce inanición en los

procesos de baja prioridad, aunque se puede

solucionar mediante una política de envejecimiento,

incrementando la prioridad a los más viejos.

SOM – UF1 - Características S.O.

Page 28: Sistemas Operativos Monopuesto UF1 - NF1 Parte 2 - Procesos

1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. Prioridades. Ejem. 1.

SOM – UF1 - Características S.O.

Proceso Duración Tiempo llegada Prioridad T espera T retorno

PA 8 0 3 0 18

PB 3 3 1 0 3

PC 4 5 2 1 8

PD 3 8 1 0 3

T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

CO

LA PA PA PA PA

PA PA PC PA PA PC PC PC PA PA

CPU PA PA PA PB PB PB PC PC PD PD PD PC PC PA PA PA PA PA

Obs

Lle

ga

A

Lle

ga B

Sale

B

Lle

ga D

Sale

D

Sale

C

Sale

A

Page 29: Sistemas Operativos Monopuesto UF1 - NF1 Parte 2 - Procesos

1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. Prioridades. Enveje. 2

SOM – UF1 - Características S.O.

Proceso Duración Tiempo llegada Prioridad T espera T retorno

PA 8 0 3 0 18

PB 3 3 1 0 3

PC 4 5 2 1 6

PD 3 8 1 4 6

T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

CO

LA PC PA PA PA

PA PA PA PC PA PD PD PD PA PA PA

CPU PA PA PA PB PB PB PA PC PC PC PC PD PD PD PA PA PA PA

Obs

Lle

ga

A

Lle

ga B

Sale

B

Lle

ga D

Sale

C

Sale

D

Sale

A

Page 30: Sistemas Operativos Monopuesto UF1 - NF1 Parte 2 - Procesos

1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. Round Robin.

• Round Robin. Turno rotatorio .

• Adecuado para implementar tiempo compartido:

• Funciona de forma parecida al FIFO, pero con un tiempo

máximo Q de uso de CPU. Si Cuando se acaba el

tiempo Q el proceso no ha acabado, se desaloja de la

CPU y se coloca en la cola de preparados.

• La cola de preparados se gestiona como FIFO

SOM – UF1 - Características S.O.

Page 31: Sistemas Operativos Monopuesto UF1 - NF1 Parte 2 - Procesos

1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. Round Robin.

• El rendimiento del planificador depende mucho de Q:

Si Q es muy pequeño se pierde mucho tiempo en el

cambio de contexto. Disminuye la eficacia del

procesador. Si Q 0 los procesos tienen la CPU

durante una velocidad CPU/n.

Si Q es grande los tiempos de respuesta aumentan.

Si Q ∞ funciona como FIFO.

Empíricamente, el 80% de las ráfagas debe ser

menor que Q

SOM – UF1 - Características S.O.

Page 32: Sistemas Operativos Monopuesto UF1 - NF1 Parte 2 - Procesos

1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. Round Robin.

• Q y los cambios de contexto. Cuanto más pequeño sea

Q más cambios de contexto se producen.

SOM – UF1 - Características S.O.

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1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. RR. Ejemplo 1. Q=2

SOM – UF1 - Características S.O.

Proceso Duración Tiempo llegada T espera T retorno

PA 8 0 0 14

PB 5 3 2 14

PC 5 7 4 15

PD 4 8 7 13

T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

CO

LA

PD PD PB PB PC PC

PC PA PA PD PD PB PB PC PC PD

PB PA PA PB PB PC PC PA PA PD PD PB PB PC PD PD PC PC

CPU

PA PA PA PA PB PB PA PA PB PB PC PC PA PA PD PD PB PC PC PD PD PC

Obs

Lle

ga

A

Lle

ga B

Lle

ga C

Lle

ga D

Sale

A

Sale

B

Sale

D

Sale

C

Page 34: Sistemas Operativos Monopuesto UF1 - NF1 Parte 2 - Procesos

1.10 Gestión de procesos. Estados y planificación:

Planificador de procesos. RR. Ejemplo 2. Q=4

SOM – UF1 - Características S.O.

Proceso Duración Tiempo llegada T espera T retorno

PA 8 0 0 12

PB 5 3 2 14

PC 5 7 6 15

PD 4 8 10 13

T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

CO

LA

PD PD PD PD

PC PB PB PB PB PD PD PD PD PC

PB PA PA PA PA PC PC PC PC PB PB PB PB PD PC PC PC PC

CPU

PA PA PA PA PB PB PB PB PA PA PA PA PC PC PC PC PB PD PD PD PD PC

Obs

Lle

ga

A

Lle

ga B

Lle

ga C

Lle

ga D

Sale

A

Sale

B

Sale

D

Sale

C