Operaciones con Procesos

El Sistema Operativo debe proveer mecanismos para:

• Creación de procesos
• Control de procesos
• Terminación de procesos

Los procesos padre crean procesos hijos, los cuales vuelven a crear otros procesos, formando un árbol de procesos. Generalmente, los procesos se identifican y gestionan mediante el identificador de proceso o PID.

Opciones de compartición de recursos:

• Padre e hijo comparten todos los procesos.
• El hijo comparte un subconjunto de los recursos del padre.
• Padre e hijo no comparten recursos.

Opciones de ejecución:

• Padre e hijo se ejecutan concurrentemente.
• Padre espera a que el hijo termine.

Espacio de direcciones

• El hijo duplica el espacio del padre.
• El hijo tiene un programa cargado en ese espacio.

Ejemplo en UNIX

• fork() es una llamada a sistema que crea un nuevo proceso.
• exec() es una llamada a sistema usada después del fork() para emplazar el espacio de memoria del proceso con un nuevo programa.

Término de un Proceso

El proceso ejecuta la última sentencia y entonces llama al sistema para borrarlo utilizando la llamada a sistema exit().

• Retorna el estado de los datos del hijo al padre (vía wait()).
• Los recursos del proceso son desalojados por el Sistema Operativo.

El padre termina la ejecución del proceso hijo utilizando la llamada abort().

Razones:

• El hijo ha excedido los recursos alojados.
• La tarea del hijo no es necesaria.
• El padre no permite que el hijo continúe si éste (padre) finaliza.

Algunos Sistemas no permiten que el hijo exista si el padre ha terminado. Si un proceso termina, todos sus hijos también lo hacen.

• Terminación en cascada: todos los hijos, nietos, etc. son finalizados.
• Terminación comenzada por el SO.

El proceso padre espera el término de los procesos hijos utilizando la llamada a sistema wait(). Esta llamada devuelve el estado de la información del PID del proceso terminado: pid = wait(&status);

• Si no hay padre esperando (no se invoca wait()) -> proceso Zombie.
• Si el padre terminó sin invocar wait() -> proceso hijo es Orphan.

Arquitectura Multiproceso (Chrome)

Muchos Web Browsers se ejecutaban en un único proceso. Si una web causa problemas, el navegador por completo hace crash.

El Navegador Google Chrome es multiproceso con 3 tipos de procesos diferentes:

• Browser: proceso que gestiona la interfaz de usuario, el disco y la red.
• Renderer: proceso que renderiza las páginas, el HTML, el Javascript. Se crea un Renderer por cada página abierta. Se ejecuta en un sandbox restringiendo el disco y la red, minimizando el efecto de problemas de seguridad.
• Plug in: proceso que ejecuta cada tipo de plugin o complemento.

Intercomunicación de Procesos

Los Procesos dentro de un sistema pueden ser independientes o cooperantes. La Cooperación puede afectar o ser afectada por otros procesos, incluyendo la compartición de datos.

Razones para la cooperación de procesos:

• Compartición de información.
• Aumento de velocidad de computación.
• Modularidad: División de servicios en hilos y/o procesos.
• Conveniencia: El usuario puede ejecutar varios procesos a la vez.

La Cooperación de procesos requiere de Interprocess Communication (IPC).

Dos modelos de IPC:

• Memoria Compartida
• Paso de Mensajes

THREADS (HILOS)

Las aplicaciones modernas utilizan multithread. Los hilos se ejecutan dentro de la aplicación. Múltiples tareas de la aplicación pueden ser implementadas mediante hilos separados.

• Actualización de la pantalla.
• Búsqueda de datos.
• Verificación de la Ortografía.
• Respuesta a una petición de red.

La creación de procesos es pesada mientras que la de hilos es ligera. Simplifica el código y aumenta la eficiencia. Los Kernels son generalmente multithread.

Beneficios:

• Responsiveness: continúan su ejecución aún cuando el proceso se bloquea, especialmente importante en Interfaces de Usuario.
• Compartición de recursos: hilos comparten recursos de un proceso más fácil que compartir memoria o paso de mensajes.
• Economía: menos costoso que la creación de un proceso, el cambio de hilos sobrecarga menos que los cambios de contexto de procesos.
• Escalabilidad: los procesos pueden tomar ventaja de arquitecturas multiprocesador.

Programación Multicore

Los Sistemas Multicore o Multiprocesador plantean retos para los programadores: Cómo dividir tareas, datos, etc.

• Paralelismo: implica que un sistema puede realizar más de una tarea simultáneamente.
• Concurrencia: más de una tarea puede realizar el proceso. Un procesador/core, el scheduler provee concurrencia.

Tipos de paralelismo:

• Paralelismo de Datos: distribuye subconjuntos de los datos a través de múltiples Cores, la misma operación en cada uno de ellos.
• Paralelismo de Tareas: distribuye hilos a través de Cores, cada hilo realiza una operación.

Existe soporte de arquitectura para Threading:

• CPUs tienen cores y también hardware threads.
• Oracle SPARC T4 tiene 8 cores y 8 hardware threads por Core.

Threads del Kernel y Threads de Usuario

• Threads de usuario: gestión realizada por librerías de threads a nivel de usuario. POSIX Threads, Windows Threads, Java Threads.
• Kernel Threads: Soportados por el Kernel. Windows, Solaris, Linux, True64 UNIX, OSX. Son gestionados por la JVM.

Hilos Java

• Típicamente se implementan utilizando modelos de Threads provistos por el SO.
• Los Java Threads pueden ser creados: extendiendo la clase Thread o implementando la interfaz Runnable.

Crear y ejecutar hilos

• java.lang.Thread (class)
• java.lang.Runnable (interface)
• run(), start()

Sincronización de accesos a datos compartidos

• Métodos de sincronización y bloqueo wait(), notify(), notifyAll().

Crear nuevo hilo

• Llamar a start() del hilo o ejecutar run() concurrentemente.