Mg. Samuel Oporto D

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Administración de Procesos
SISTEMAS OPERATIVOS
Lima, 14 de mayo 2005

• Mg. Samuel Oporto Díaz

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Tabla de contenido

• Kernel
• Descripción y control de procesos
• Descripción de procesos
• Control de procesos
• Bloque de control de procesos
• Modos de ejecución

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KERNEL
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Estructura del Kern

• El kernell está conformado por 5 grandes
  subsistemas.
• El planificador de procesos (sched).
• El administrador de memoria (mm).
• El sistema del archivo virtual (vfs).
• La interface de la red (net).
• La comunicación inter-procesos (ipc).

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Descomposición Conceptual
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DESCRIPCION Y CONTROL DE PROCESOS
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Requerimientos de un S.O en Procesos

• Intercalar la ejecución de un conjunto de
  procesos para maximizar el uso del procesado para
  ofrecer tiempos de respuesta razonables.
• Asignar recursos a los procesos de conformidad a
  una política específica (ejemplo prioridades),
  evitando el interbloqueo.
• Soporte a la comunicación entre procesos y la
  creación de procesos por parte del usuario.

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Proceso

• También son llamados tareas.
• Puede ser trazado
• Lista de la secuencia de instrucciones que
  ejecuta.
• Los procesos llevan a cabo tareas en el sistema
  operativo.
• Es un conjunto de instrucciones almacenados en el
  DD, se activan cuando se les asigna un espacio de
  direcciones.
• Es una entidad dinámica que cambia a medida que
  el procesador ejecuta las instrucciones.
• Un SO es multi-proceso, en el sentido que pueden
  ejecutarse varios procesos a la vez.
• Un SO es multi-proceso, en el sentido que puede
  correr en una máquina con varios procesadores.

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Estado de un Proceso

• Un proceso es una secuencia de instrucciones que
  se puede ejecutar en paralelo con otra secuencia
  de instrucciones.
• El procesado ejecuta las instrucciones
• Traza de un proceso.
• El comportamiento de un proceso se se caracteriza
  por el listado de la secuencia de instrucciones
  que se ejecutan para dicho proceso.
• El comportamiento del procesador se puede
  caracterizar mostrando la forma en que se
  intercalan las trazas de dichos procesos.

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Ejemplo de Procesos en Memoria

• No hay memoria virtual
• Tres programas cargados en memoria.
• Cada proceso representa a un programa.
• Existe un programa que asigna el procesador de un
  proceso a otro.
• Cada proceso tiene un tiempo de ejecución luego
  de lo cual ingresa el siguiente proceso

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Traza de los tres procesos
Invocación a E/S
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Traza de tres procesos

• 100 dirección de inicio para el programa
  distribuidor (dispatcher)
• Las áreas sombreadas indican ejecución del
  proceso dispatcher.
• La primera y tercera columna cuenta el ciclo de
  instrucción
• La segunda y cuarta columna muestra la dirección
  de la que se está ejecutando.

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(No Transcript)
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ESTADOS DE UN PROCESO
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Modelo de Procesos con Dos Estados

• El SO controla la ejecución de los procesos (se
  necesita saber en qué estado se encuentra cada
  uno).
• Cada proceso puede tener dos estados
• En ejecución.
• No en ejecución.
• Abajo se presenta el diagrama de transición de
  estados.

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Cola de procesos (2 estados)
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Creación de Procesos

1. Nuevo trabajo por lotes. Creación de un nuevo
   trabajo.
2. Un nuevo usuario. El usuario entra al sistema
   iterativo.
3. Creado por el SO para dar un servicio. Ejemplo
   una impresión.
4. El proceso crea otro proceso.

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Terminación de Procesos

• Instrucción Halt incluida en la tarea (bach).
• Solicitado por el usuario (salir de sesión).
• Terminación normal.
• Salir del programa.
• Terminación del padre.
• Solicitud del padre.

• Tiempo límite excedido.
• No hay memoria disponible.
• Violación de límites.
• Error de protección
• Error aritmético
• Fallo de E/S (máximo de intentos)
• Instrucción invalidad.
• Instrucción priviligeada.
• Violación de memoria.

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Necesidad de nuevos estados

• No corriendo
• Preparado para ser ejecutado.
• Bloqueado
• Esperando por E/S
• El despachador (dispatcher) puede no seleccionar
  el proceso que está en la cola más tiempo por que
  puede estar bloqueado

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Modelo de Procesos con 5 Estados
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Modelo de Procesos con 5 Estados

• Corriendo (Running). Proceso en ejecución.
• Preparado (Ready). Preparado para ser ejecutado,
  cuando se le de la oportunidad.
• Bloqueado (Blocked). Esperan hasta que ocurra un
  evento o suceso.
• Nuevo (New). Proceso nuevo pero no admitido por
  el sistema
• Terminado (Exit). Proceso excluido por el
  sistema, pero terminado

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Usando dos colas
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Varias de colas de bloqueados
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Procesos Suspendidos

• El modelo planteado de tres estados (listo,
  ejecución y bloqueado) ayuda mucho, pero no es
  suficiente.
• Dado que para que un proceso se ejecute debe ser
  cargado en memoria completamente.
• Por lo que sería conveniente suspenderlos
• El procesador es más rápido que la E/S así que
  todos los procesos tendrían que esperar la E/S.
• Intercambiar esos procesos al disco para liberar
  más memoria.
• Dos nuevos estados
• Bloqueado - suspendido.
• Listo - suspendido.

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Un estado suspendido
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Dos estados suspendidos
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Razones para suspender procesos

• Intercambio (swapping).
• El SO necesita liberar suficiente memoria RAM
  para cargar un nuevo proceso.
• Otra razon del SO.
• El SO puede un proceso que se sospecha causa un
  problema.
• Solicitud del usuario.
• Por tiempo.
• Se ejecuta con cierta frecuencia, entonces
  mientras no se usa se suspende.
• Solicitud del proceso padre.
• El padre desea suspenderlo para examinar o
  modificar el proceso o para coordinar con otros
  procesos.

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DESCRIPCION DE PROCESO
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Descripción de Proceso

• En un entorno multiprogramado muchos procesos
  requieren y están haciendo uso de recursos.
• Qué información necesita el SO para controlar
  los procesos y administrar los recursos?

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Estructuras de Control del SO

• Para administrar todo lo que pasa en el sistema
  el SO construye y mantiene tablas de información
  de cada entidad que esté administrando.

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Tablas de Memoria

• Se utiliza para administrar la memoria virtual y
  la memoria real.
• Asignación de memoria principal a los procesos.
• Asignación de memoria secundaria a los procesos.
• Atributos de protección para acceso a regiones de
  memoria compartida.
• Información necesaria para administrar la memoria
  virtual.

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Tablas de E/S

• Se utiliza para administrar los dispositivos y
  canales DES
• Estado del DES disponible o asignado.
• Estado de una operación con el DES.
• Ubicación en la memoria principal que ha sido
  usada como fuente o destino de una operación de
  E/S

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Tabla de Archivos

• Existencia de archivos.
• Ubicación en la memoria secundaria.
• Estado actual
• Atributos.
• A veces esta información es mantenida por el
  sistema de administración de archivos
  (file-management system).

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Tabla de Procesos

• Permite administrar la información de cada
  proceso
• Donde está ubicado ? - proceso en memoria
• - imagen del proceso
• Atributos necesarios para este administrador.
• Process ID
• Process state
• Location in memory

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Estructuras de Control

• Para que el SO administre los proceso debe de
  conocer
• Ubicación de proceso.
• Atributos.

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Ubicación de los Procesos
Proceso
Imagen del Proceso
Memoria RAM
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Atributos

• Bloque de Control de Proceso
• Identificación del proceso.
• Identificadores
• Información del estado del procesador.
• Registros Visibles para el usuario.
• Registro de control y de estado
• Punteros de pila
• Información de control del proceso.
• Información de planificación y de estado
• Estructuración de datos
• Comunicación entre procesos
• Privilegios de los procesos
• Gestión de memoria
• Propiedad de los recursos y utilización

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BLOQUE DE CONTROL DE PROCESO
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Identificación del proceso

• Identifiers
• Identificador del proceso
• Identificador del proceso que creó a este proceso
  (padre)
• Identificador del usuario.

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Información del estado del procesador

• Registros Visibles al usuario
• Un registro visible para el usuario es aquel que
  puede hacerse referencia por medio de un lenguaje
  de máquina que ejecuta el procesador.
• Normalmente, existen entre 8 a 32 de estos
  registros, aunque algunas implementaciones RISC
  tienen más de 100.
• Registros de Control y de Estado.
• Son registros del procesador para controlar su
  funcionamiento
• Contador de programa. Siguiente instrucción.
• Códigos de condición. Resultado de la operación
  aritmética más reciente (signo, cero, acarreo,
  igual, desbordamiento)
• Información de estado. Habilitación e
  inhabilitación de interrupciones y el modo de
  ejecución.
• PSW. Palabra de estado de programa. Códigos de
  condición.

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Palabra de estado de programa (PSW)

• La PSW o condición de programa almacena
  información pertinente sobre el programa que este
  ejecutándose.
• Códigos de condición.
• Indicadores de habilitación de traps
• Nivel de prioridad de interrupciones
• Modo previo
• Modo actual
• Pila de interrupciones
• Primera parte hecha (donde se quedó)
• Traza pendiente (debug)

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Información del estado del procesador

• Punteros de Pila.
• Cada proceso tiene una o más pilas FIFO del
  sistema asociadas.
• Las pilas se utilizan para almacenar los
  parámetros y las direcciones de retorno de los
  procedimientos y de las llamadas al sistema.
• El puntero de pila siempre apunta a la cima de la
  pila.

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Información del control del procesador

• Información de Planificación y de Estado
• Esta es la información que se necesita por el SO
  para ejecutar sus funciones de planificador
• Estado del proceso. Define la disposición del
  proceso para ser planificado para ejecutar (en
  ejecución, listo, esperando, suspendido)
• Prioridad. Se puede usar con uno o más campos
  para describir la prioridad de planificación de
  los procesos. (pueden ser omisión, actual, la más
  alta permitida)
• Información de planificación. Depende del
  algoritmo de planificación utilizado (tiempo de
  espera, tiempo de ejecución)
• Eventos. Identidad del evento que el proceso esta
  esperando antes de reanudarse.

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Información del control del procesador

• Estructuración de datos
• Un proceso puede estar enlazado con otros
  procesos en una cola, un anillo o alguna otra
  estructura.
• Por ejemplo todos los procesos que están en
  estado de espera de un nivel determinado de
  prioridad pueden estar enlazados en una cola.
• Un proceso puede mostrar una relación padre-hijo
  (creador-creado) con otro proceso.
• El BCP puede contener punteros a otros proceso
  para dar soporte a estas estructuras.
• Comunicación entre procesos.
• Puede haber varios indicadores, señales y
  mensajes asociados con la comunicación entre dos
  procesos independientes.
• Una parte de esta información o toda ella se
  puede guardar en el BCP

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Información del control del procesador

• Privilegios de los proceso.
• A los procesos se les otorgan privilegios en
  términos de la memoria a la que pueden acceder y
  el tipo de instrucciones que pueden ejecutar.
  Además, tabién se pueden aplicar privilegios al
  uso de los servicios y utilidades del sistema.
• Gestión de memoria.
• Esta sección puede incluir punteros a las tables
  de páginas y/o segmentos que describen la memoria
  virtual asignada.
• Propiedad de los recurso y utilización.
• Se pueden incluir los recurso controlados por el
  proceso, tales como los archivos abiertos.
• Puede ser el histórico de la utilización del
  procesador o de otros recursos.
• Información necesaria para el planificador.

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Imagen de un proceso en Memoria
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CONTROL DE PROCESOS
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Modos de Ejecución

• Se divide en dos modos para proteger al SO y sus
  tablas de ser modificadas por el usuario.
• Modo usuario
• Modo de menor privilegio.
• Los programas de usuario se ejecutan en este modo
• Modo sistema, modo control o modo kernel
• Modo más privilegiado.
• Kernel del SO

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Creación de Procesos

• Cada vez que el SO crea un proceso se procede de
  la siguiente manera
• Asignar un único identificador del proceso.
• Asignar espacio para el proceso. Elementos de la
  imagen del proceso. Espacio de direcciones
  privado, de la pila
• Inicializar el BCP.
• Establecer los enlaces apropiados. Colocarlo en
  la lista de procesos listos o suspendidos.
• Crear otras estructuras de control.

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Cuándo cambiar un proceso?

• Interrupción del reloj.
• Se le acabó el tiempo máximo de ejecución
  permitido.
• Interrupción de E/S.
• Inicio de E/S o fin de E/S
• Fallo de memoria.
• Cuando existe un fallo de página (página que no
  está en memoria)
• Cepos (Trap)
• Determina si el error es fatal.
• Se puede terminar el proceso, reanudar o
  suspenderlo
• Llamada del Supervisor
• Cuando un programa llama al SO para ejecutar un
  proceso
• Ejemplo abrir un archivo.

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Cambio de contexto

• Se ejecuta cada vez que el procesador cambia de
  proceso a ser ejecutado. El procesador hace lo
  siguiente
• Salva el contexto del programa que se está
  ejecutando (contador de programa y otros
  registros).
• Modifica el BCP del proceso que se está
  ejecutando.
• Mueve el BCP de la cola apropiada (preparada,
  bloqueada)
• Selecciona otro proceso para su ejecución.
• Asigna al contador de programa el valor de la
  dirección de comienzo del siguiente programa.
• El contexto corresponde al PSW, que es parte del
  BCP

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Cambio de contexto

• Salvar el contexto del procesador.
• Actualizar el BCP actual.
• en ejecución ? otro estado
• Mover el BCP a la cola apropiada (otro estado)
• Seleccionar otro proceso para su ejecución.
• Actualizar el BCP del nuevo
• otro estado ? en ejecución
• Actualizar la estructuras de datos de gestión de
  memoria. (registros base)
• Restaurar el contexto del procesador a cómo lo
  dejo en el momento en que fue seleccionado la
  última vez, cargando los valores previos del
  contador de programa y otros registros

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• PREGUNTAS