Concepto de proceso

1. Concepto de proceso Rina Arauz

2. Definición de proceso • Un proceso es un programa en ejecución • Componentes: • Código • Datos • Pila, etc. • Ejemplo: • Un compilador C NO es un proceso • Un compilador C ejecutándose será un proceso para el sistema operativo • Le asigna recursos (procesador, memoria, dispositivos, etc.) • Controla su ejecución

3. Procesos y sistema operativo • Los procesos se crean mediante llamadas al sistema: • fork() sin parámetros en UNIX • CreateProcess() con 10 parámetros y uno de ellos una estructura con 18 campos en WNT • ¿Por qué múltiples procesos? • Se aprovechan mejor los recursos físicos • El rendimiento aumenta • Es bueno poder navegar por Internet mientras se edita un documento y se escucha música

4. Estructura de un proceso UNIX int debug = 1; char *progname; main (int argc,char *argv[]) { int i; char *ptr,*malloc(); progname = argv[0]; printf("arg = %d\n",argc); for (i=1; i<argc; i++){ ptr = malloc(strlen(argv[i])+1); strcpy(ptr,argv[i]); if (debug) printf("%s\n",ptr); } }

5. Estructura de un proceso UNIX • Contexto de Usuario: representa todo aquello que es accesible por el usuario (código, datos, etc). • Contexto del Núcleo: representa aquellas estructuras que solo son accesibles por el sistema operativo y que son necesarias para dar soporte a cada uno de los procesos (memoria asignada al proceso, prioridad, recursos asociados al proceso, etc).

6. Estructura de un proceso UNIX Contexto de usuario Contexto del núcleo Datos del núcleo Texto (código) Datos iniciados de sólo lectura Datos iniciados de lectura-escritura Datos no iniciados Área dinámica (heap) Pila

7. Bloque de control de procesos • Por cada proceso en el sistema existe una estructura PCB; es la manifestación para el sistema operativo de que existe como proceso. • Contiene información característica de cada proceso del sistema como: • Estado actual del proceso • Identificación unívoca del proceso • Prioridad del proceso • Puntero a la zona de memoria asignada • Puntero a los archivos abiertos • Punteros a los recursos asociados • En Linux el PCB se conoce como task_struct, existe una matriz de punteros task (512) que apunta a cada task_struct.

8. Diagrama de estados Zombie Finalizar Dormir Ejecución Dormir Desalojar Espera Parado Despachar Despertar Despertar Listo

9. Zombie: El proceso ha finalizado su ejecución pero todavía no se ha retirado su entrada de la tabla de control de procesos. • Los identificadores del proceso que se guardan en la task_struct son: • de proceso (pid) • del padre (ppid) • de usuario (uid) • de grupo (gid)

10. Hilos (Threads) • Objetivo: compartir recursos entre procesos cooperantes de forma cómoda • Hilo = proceso ligero = lightweight process = LWP = unidad fundamental de uso de procesador • Básicamente se compone de un CP, una serie de registros y un área de pila • Cada hilo comparte con con los otros hilos cooperantes código, datos y recursos del SO • El código, los datos y los recursos son poseídos por otra entidad conocida como tarea (task) • Una tarea sin hilos no tiene capacidad de ejecución, sólo “posee” recursos

11. Hilos (Threads) • Un proceso tradicional (proceso pesado) se compone de una tarea con un hilo de ejecución • La conmutación de un hilo a otro en la misma tarea requiere un coste mínimo ya que solo es necesario salvar los registros y conmutar la pila • Los threads son muy adecuadas para sistemas distribuidos y sistemas multiprocesador (cada hilo se puede ejecutar en un procesador) • Cada hilo sólo puede pertenecer a una tarea

12. Hilos vs. procesos • Los hilos se crean y se destruyen más rápidamente que los procesos • Esto es así porque no es necesario asignarle recursos como la memoria • El tiempo de conmutación entre hilos de la misma tarea es más rápida que la conmutación entre procesos • Menor sobrecarga de comunicaciones debido a que todos los hilos de una tarea comparten memoria • La programación con hilos debe hacerse cuidadosamente porque pueden producirse errores de sincronización

13. Los hilos pueden ser implementados en espacio de usuario o soportados por el núcleo • Hilos soportados por el núcleo del SO:es el propio sistema operativo quien da soporte a los hilos estableciendo las estructuras de datos y la funcionalidad necesarias. La planificación de los hilos la realiza el SO. • Hilos en espacio de usuario: Los hilos son soportados por una biblioteca que se ejecuta en espacio de usuario. La planificación de los hilos la realiza la propia aplicación.

14. Hilos en espacio de usuario • Ventajas: • La conmutación entre hilos se puede realizar rápidamente sin ayuda del S.O. • La planificación puede hacerla la aplicación • Portabilidad entre SO diferentes • Inconvenientes: • Si el S.O. no sabe de la existencia de hilos en una tarea, el bloqueo de un hilo produce el bloqueo del resto de hilos de la misma tarea • Dos hilos de una misma tarea no se pueden ejecutar en procesadores diferentes

15. Hilos soportados por el S.O. • Ventajas: • Si el S.O. soporta hilos, el bloqueo de uno de ellos en una tarea no afecta al resto • Inconvenientes: • La conmutación de un hilo a otro se hace vía interrupciones (mayor sobrecarga) • En ambos casos la planificación puede tener resultados desagradables • ¿Que pasaría en el caso de tener hilos a nivel de usuario y a nivel de kernel si tenemos dos tareas, una con cuarenta hilos y otra con un único hilo?

16. Ejemplo de uso de hilos #include <pthread.h> void * periodic (void *arg) { int period; period = *((int *)arg); while (1) { printf("En tarea con periodo %d\n", period); sleep (period); } } main() { pthread_t th1, th2; pthread_attr_t attr; int period1, period2; period1 = 2; period2 = 3;

17. Continuación del ejemplo if (pthread_attr_create (&attr) == -1) { perror (""); } if (pthread_create(&th1, attr, periodic, &period1) == -1) { perror(""); } if (pthread_create(&th2, attr, periodic, &period2) == -1) { perror(""); } sleep(30); printf("Salida del hilo principal\n"); exit(0); }