Administración de Procesos

Definición de Proceso

Un proceso es una unidad ejecutable elemental manejada por el Sistema Operativo (S.O.) en su función de asignar tiempo de CPU. Se representa por un conjunto de datos (BCP = Bloque de Control de Proceso). El BCP permite al S.O. localizar la información necesaria sobre el proceso para ejecutarlo y mantiene los datos del proceso mientras se suspende temporalmente su ejecución (multiprogramación).

Diferencia entre Proceso y Programa

Un proceso es un programa en ejecución (activo), mientras que un programa es un algoritmo (inactivo).

Estados de los Procesos

A) En S.O. sin intercambio:

• En ejecución: El proceso tiene asignada la CPU.
• Preparado o en espera (ejecutable): Listo para ejecutarse.
• Bloqueado: Espera por alguna condición.

B) En S.O. con intercambio:

• Ejecutable No residente: En memoria secundaria.
• Bloqueado No residente: Bloqueado en memoria secundaria.

Transiciones de Estados

Un proceso cambia de estado varias veces. Estos cambios se llaman transiciones de estado. El planificador es el módulo del S.O. que selecciona el proceso a ejecutar de entre los que están en estado ejecutable.

Clasificación de los Procesos

1. Según su estado: En ejecución, ejecutable, bloqueado, ejecutable no residente, bloqueado no residente.
2. Según el acceso a recursos:
   • Apropiativos: Uso exclusivo de los recursos.
   • No apropiativos: Uso no exclusivo.
3. Según el lugar de ejecución:
   • Residentes: Permanecen en memoria principal.
   • Intercambiables: Se mueven entre memoria principal y disco.

Planificación del Procesador

El planificador del procesador controla la cola de la CPU, asignando el procesador a los procesos preparados. Si hay más procesos que procesadores, se mantienen varios procesos listos y el planificador elige cuál ejecutar primero.

Estrategias de Planificación

• Equidad: Reparto equitativo del procesador.
• Eficiencia: Mantener los recursos ocupados al 100%.
• Tiempo de respuesta: Minimizar, especialmente para procesos interactivos.
• Tiempo de espera: Minimizar el tiempo global de procesamiento.
• Rendimiento del procesador: Maximizar los trabajos procesados por unidad de tiempo.

Algoritmos de Planificación

1. FCFS (First Come, First Served): Atiende los procesos por orden de llegada.
2. Planificación circular (Round Robin): Asigna un quantum (q) de tiempo a cada proceso. Si no termina en ese tiempo, vuelve al final de la cola.
3. Multinivel o por Prioridades: Asigna prioridades a los procesos. El de mayor prioridad se ejecuta primero.
4. SJN (Shortest Job Next): Ejecuta el proceso con menor tiempo de ejecución. Requiere conocer el tiempo de ejecución de antemano.
5. SRT (Shortest Remaining Time): Similar a SJN, pero reevaluando el tiempo restante.
6. Planificación por reparto equitativo: Ajusta las prioridades según el consumo de recursos, buscando un reparto equitativo.
7. CTSS (Colas Múltiples): Usa varias colas con diferentes prioridades.
8. Planificación en 2 niveles: Mantiene un subconjunto de procesos en memoria principal y los intercambia periódicamente con los del disco.

Problemas de Comunicación

Cuando varios procesos comparten espacio de almacenamiento, pueden surgir problemas:

• Condiciones de Competencia: El resultado depende del orden de ejecución.
• Sección Crítica: Parte del programa donde se accede al recurso compartido.
• Interbloqueos (Deadlocks): Dos o más procesos se bloquean mutuamente.
• Inanición (Starvation): Un proceso espera indefinidamente por un recurso.

Solución a los Problemas de Comunicación: Exclusión Mutua

Para evitar los problemas de comunicación, se establece la exclusión mutua, impidiendo el acceso simultáneo a datos compartidos.

1. Prohibición de Interrupciones: Un proceso desactiva las interrupciones al entrar en su sección crítica. Solo recomendable para procesos del núcleo.
2. Variables de Bloqueo: Una variable controla el acceso a la sección crítica. No es una solución robusta.
3. Alternancia Estricta: Los procesos acceden a la sección crítica por turnos. Puede causar interbloqueos.
4. Algoritmo de Peterson: Combina turnos y variables de bloqueo.
5. Test and Set Lock: Instrucción atómica para controlar el acceso a memoria compartida.
6. Primitivas de comunicación entre procesos.
7. Semáforos.
8. Monitores.

Administración de Memoria

Sin Intercambio

• Monoprogramación: Un solo proceso en memoria.
• Multiprogramación: Varios procesos en memoria, cada uno en una partición.
  • Particiones estáticas: Número fijo de particiones.
  • Particiones dinámicas: Número variable de particiones.

Con Intercambio

1. Swapping: Mover procesos entre memoria principal y disco.
2. Memoria Virtual: Permite ejecutar programas aunque no estén completamente en memoria.
   • Paginación: Divide programas y memoria en páginas y marcos de página.
   • Segmentación: Divide programas en segmentos de tamaño variable.

Diferencias entre Swapping y Memoria Virtual

La memoria virtual puede sufrir problemas si el disco se llena, mientras que el swapping reserva espacio específico para el intercambio.