Apuntes_Leccion3_Procesos PDF

CE4303 – Principios de Sistemas Operativos Procesos PROFESOR: ING. LUIS BARBOZA ARTAVIA Agenda • Introducción. • Procesos en un SO. • Comunicación entre procesos. • Modelo multiprogramación. • Hilos. • Condición de carrera. • Soluciones la condición de carrera. Introducción • Tenemos múltiples...

CE4303 – Principios de Sistemas Operativos Procesos PROFESOR: ING. LUIS BARBOZA ARTAVIA Agenda • Introducción. • Procesos en un SO. • Comunicación entre procesos. • Modelo multiprogramación. • Hilos. • Condición de carrera. • Soluciones la condición de carrera. Introducción • Tenemos múltiples programas corriendo, ¿cómo hacemos para que todos se ejecuten? • ¿Qué sucede si dos procesos necesitan el mismo recurso? • ¿Qué sucede si requiero que se comuniquen dos procesos? Introducción - RAM Procesos • Es una instancia de un programa en ejecución. • Dan la posibilidad de una operación concurrente. • Valores actuales de PC, registros, variables. Procesos • Todos los programas son procesos. • El CPU cambia de proceso en proceso de manera muy rápida. • Cada proceso tiene un “CPU virtual”. Procesos Procesos vs Programa How to bake a cake ¿Cuál es la diferencia entre un proceso y un programa? Procesos • Tiene un programa, entradas, salidas, estado. • Un único procesador puede ser compartido por varios procesos. • Puede haber un algoritmo de calendarización. • El programa puede ser almacenado en disco. Creación de procesos • Arranque del sistema. • Desde otro proceso. • Petición del usuario. • Inicio de trabajo por lotes. Creación de procesos – UNIX • Se utiliza la llamada fork. • Crea un clon exacto del proceso que realiza la llamada. • Ambos procesos tienen la misma imagen. • Con la llamada execve cambia la imagen y ejecuta el programa correspondiente. Creación de procesos – Windows • Se utiliza la llamada CreateProcess. • Crea un clon y carga el programa correcto. • La llamada tiene 10 parámetros. Creación de procesos • Una vez creado, tendrán su espacio de direccionamiento. • UNIX: espacio de direccionamiento es una copia. • Windows: espacio de direccionamiento son distintos. ¿Cuáles son los eventos que causa la creación de un proceso? Procesos • Procesos en primer plano. • Procesos en segundo plano. Daemons (demonios) • Procesos por debajo que no se asocian a un usuario, pero realizan una función específica. • UNIX: llamada ps. • Windows: uso del Task Manager. Terminación de procesos • Salida normal. • Salida por error. • Error fatal. • Eliminado por otro proceso. Salida normal • Es voluntaria. • Terminan cuando finalizan el trabajo • UNIX: exit. • Windows: ExitProcess. Salida por error • El proceso descubre que ha sucedido un error fatal. • Compilar un archivo que no existe. • Diálogo e intentar de nuevo. Error fatal • Error causado por un proceso. • Ejecución de instrucción ilegal, división por cero. Eliminado por otro proceso • Un proceso ejecuta una llamada para matar a otro proceso. • UNIX: kill. • Windows: TerminateProcess. ¿Cuáles son las condiciones de finalización de un proceso? Jerarquía en los procesos • La relación padre-hijo se mantiene en ciertos aspectos. • UNIX: grupo de procesos. • Recibir señales. • En UNIX el proceso inicial es init. • Windows no tiene concepto de jerarquía. Estados • Procesos son una entidad independiente. • ¿Los procesos se necesitan comunicar? • La salida de un proceso puede ser la entrada de otro. • Un estado puede estar en espera o ejecución. cat chapter1 chapter2 chapter3 | grep tree ¿Cómo se pueden crear los eventos? ¿Cuáles son las condiciones de finalización de un proceso? Estados • Ejecución. • Listo. Ejecución • Bloqueado. Bloqueado Listo Estados • Ejecución. • Listo. Nuevo Ejecución Saliente • Bloqueado. • Nuevo. • Saliente. Bloqueado Listo Procesos • El nivel más bajo es el calendarizador. • Todo el manejo de interrupciones y detalles para iniciar y detener procesos. • Se estructura de forma de procesos. Procesos • El cambio de proceso se puede ver como “algo sencillo”. • Es necesaria una tabla con una entrada por proceso. Bloque de control de proceso • Contiene toda la información de un proceso. • Para hacer cambio de proceso se necesita PCB. • Contiene: ◦ Contador de programa ◦ Estado del proceso. ◦ Apuntadores de pila. ◦ Asignación de memoria. ◦ Información sobre archivos abiertos. ◦ Información de contabilidad y planificación. ◦ Identificadores y demás elementos necesarios. Vector de interrupciones • A cada clase de I/O se tiene una ubicación. • Contiene una dirección del procedimiento encargado. Comunicación entre procesos • Memoria compartida. • Paso de mensajes. Memoria compartida • Una región de memoria a la cual ambos procesos tienen acceso. • Ambos procesos deben aceptar la restricción, con el fin de que ambos puedan leer y escribir. Paso de mensajes • Dos operaciones: enviar y recibir datos en ambos procesos. • Se debe establecer un enlace entre ambos. • Comunicación directa e indirecta. • Comunicación sincrónica o asincrónica. • Bufferización ¿A qué se refiere el término Quantum? Multiprogramación • El uso de CPU puede verse mejorado. • El uso del CPU se puede ver desde el punto de vista probabilístico. 𝐶𝑃𝑈 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = 1 − 𝑝𝑛 Hilos • Múltiples actividades sucediendo a la vez. • En algún momento se va a bloquear. • La descomposición hace el modelo más sencillo. • Son más livianos que los procesos. • Rendimiento. Hilos Hilos • Se puede estructurar: hilo de entrada, proceso y salida. Modelo clásico de hilos • Modelo de procesos se basa en: • Agrupamiento de recursos. • Ejecución. • Procesos son utilizados para agrupar recursos. • Hilos son entidades calendarizables para la ejecución en un CPU. Modelo clásico de hilos • Posibilidad de ejecución dentro del mismo ambiente. • Espacio de direccionamiento compartido. • ¿Existe protección en los hilos? Modelo clásico de hilos Dificultades con los hilos • Efectos en las llamadas al sistema como fork. • Si un proceso padre tiene múltiples hilos, ¿los hijos deben tenerlos? • ¿Qué sucede si un hilo cierra un archivo mientras otro lo esté utilizando? • ¿Qué sucede si un hilo asigna memoria y el siguiente también asigna memoria? Hilos en POSIX • IEEE definió un estándar para los hilos. Implementación hilos Espacio de usuario • Los hilos son implementados como una biblioteca. • Cada proceso requiere su tabla PCB para llevar control. • Invocar el calendarizador o rutinas de ejecución es más sencillo. • Permite configurar el calendarizador por proceso. Espacio de kernel • El kernel debe utilizar un tabla de threads donde se almacene información de todos los hilos del sistema. • Las llamadas que bloquean hilos, son implementadas como llamadas al sistema. • Uno de los problemas es el manejo de las señales de los procesos. Condición de carrera • Procesos que trabajan juntos pueden compartir recursos. • Dos o más procesos están leyendo o escribiendo datos compartidos y el resultado final depende de quién lo ejecuta y exactamente cuándo lo hace. Condición de carrera Para evitarlo se necesita: • Prevenir el problema. • Prohibir que dos o más procesos r/w sobre el recurso. • Exclusión mutua: mientras un proceso usa un recurso compartido, otro proceso es excluido de realizar lo mismo. Exclusión mutua Condición de carrera • Región crítica: sección del programa donde una memoria compartida es accedida. • Requerimiento: dos procesos NO estén al mismo tiempo. Condición de carrera • Dos procesos no pueden estar de manera simultánea dentro de sus regiones críticas. • No se pueden realizar suposiciones en tiempos o número de CPUs. • Un proceso corriendo fuera de su región crítica no puede bloquear un proceso. •Un proceso no debe esperar para siempre para entrar a su región crítica. Deshabilitando interrupciones • Al entrar se deshabilitan las interrupciones. • Al salir se habilitan. Variable candado • Solución de software. while (TRUE){ .... if (lock == 0){ lock = 1; critical_region(); lock = 0; } .... } while (TRUE){ .... if (lock == 0){ lock = 1; critical_region(); lock = 0; } .... } Alternancia estricta • Se llevan turnos para ingresar. Solución Peterson Semáforos • Variable entera para contar el número de accesos en el futuro. • Dos operaciones atómicas. • Down (sleep). • Up (wakeup). • Con múltiples CPU, deben estar protegidos por un candado. Down • Valor mayor a 0: lo disminuye y continúa. • Valor es 0: proceso se coloca dormido sin hacer disminución. Up • Incrementa valor del semáforo. • Más de un proceso dormido: se elige uno y se completa down. Elementos de un semáforo • El valor actual del semáforo. • El identificador del último proceso que operó con el semáforo • Cantidad de procesos en espera que el valor del mismo sea mayor. • Cantidad de procesos en espera que el valor del mismo sea cero. • Colas de proceso que están asociados a dicho semáforo. Referencias • Tanenbaum, A. and Bos, H., 2015. Modern Operating Systems. 4th ed. Pearson. • Stallings, W., 2012. Operating systems: internals and design principles. Boston: Prentice Hall. CE4303 – Principios de Sistemas Operativos Procesos PROFESOR: ING. LUIS BARBOZA ARTAVIA