TEMA 2. DEFINICIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

Los sistemas operativos multiprogramados necesitan del concepto de proceso. El sistema operativo debe entremezclar la ejecución de un número de procesos para maximizar la utilización de los recursos del ordenador. Al mismo tiempo, los sistemas de tiempo compartido deben proporcionar un tiempo de respuesta razonable. El sistema operativo debe asignar recursos a los procesos de acuerdo a una política específica (ciertas funciones o aplicaciones son de mayor prioridad), mientras impide los interbloqueos. Por último, el sistema operativo debe ofrecer un soporte para llevar a cabo la comunicación entre procesos.

El concepto de proceso es clave en los sistemas operativos modernos. La gestión del procesador mediante multiprogramación, revolucionó la concepción de los sistemas operativos, e introdujo el término proceso como elemento necesario para realizar dicha gestión. Por lo demás, este tema trata sobre la definición de proceso, el estudio de sus propiedades, y la gestión que realiza el sistema operativo para crear la abstracción de proceso, aunque esto último se completará en el tema de planificación. Por último, descubriremos que el concepto de proceso encierra, en realidad, dos características potencialmente independientes: por un lado, es una unidad a la que se le asigna y posee recursos y, por otro, es una unidad planificable. Basándonos en esta distinción emprenderemos el estudio de los threads (hebra o hilo), o también llamados procesos ligeros .

2.1 ¿ Qué es un proceso ? [DEIT93] [LIST86] [TANE93]

Hasta ahora hemos utilizado siempre el término programa. A partir de ahora distinguiremos entre programa y proceso. Un programa es una secuencia de instrucciones escrita en un lenguaje dado. Un proceso es una instancia de ejecución de un programa, caracterizado por su contador de programa, su palabra de estado, sus registros del procesador, su segmento de texto, pila y datos, etc. Un programa es un concepto estático, mientras que un proceso es un concepto dinámico. Es posible que un programa sea ejecutado por varios usuarios en un sistema multiusuario, por cada una de estas ejecuciones existirá un proceso, con su contador de programa, registros, etc. El sistema operativo necesita el concepto de proceso para poder gestionar el procesador mediante la técnica de multiprogramación o de tiempo compartido, de hecho, el proceso es la unidad planificable, o de asignación de la CPU.

2.2 Estados de un proceso y Transiciones de estado de los procesos [DEIT93] [TANE93] [SILB94][STAL95]

Durante su vida, un proceso puede pasar por una serie de estados discretos, algunos de ellos son:

En ejecución: El proceso ocupa la CPU actualmente, es decir, se está ejecutando.

Listo o preparado: El proceso dispone de todos los recursos para su ejecución, sólo le falta la CPU.

Bloqueado: Al proceso le falta algún recurso para poder seguir ejecutándose, además de la CPU. Por recurso se pueden entender un dispositivo, un dato, etc. El proceso necesita que ocurra algún evento que le permita poder proseguir su ejecución.

Hay otros estados de los procesos, pero en la presente exposición se tratarán estos tres. Por sencillez, se considera un sistema con una sola CPU, aunque no es difícil la extensión a múltiples procesadores. Solamente puede haber un proceso en ejecución a la vez, pero pueden existir varios listos y varios pueden estar bloqueados. Así pues, se forman una lista de procesos listos y otra de procesos bloqueados. La lista de procesos listos se ordena por prioridad, de manera que el siguiente proceso que reciba la CPU será el primero de la lista. La lista de procesos bloqueados normalmente no está ordenada; los procesos no se desbloquean (es decir, no pasan a ser procesos listos) en orden de prioridad, sino que lo hacen en el orden de ocurrencia de los eventos que están esperando. Como se verá más adelante, hay situaciones en las cuales varios procesos pueden bloquearse esperando la ocurrencia del mismo evento; en tales casos es común asignar prioridades a los procesos que esperan.

Transiciones de estado de los procesos

A continuación se dan ejemplos de eventos que pueden provocar transiciones de estado en un proceso en este modelo de tres estados (ver figura 2.1). La mayoría de estos eventos se discutirán con profundidad a lo largo del curso:

De ejecución á Bloqueado: al iniciar una operación de E/S, al realizar una operación WAIT sobre un semáforo a cero (en el tema de procesos concurrentes se estudiarán los semáforos).

De ejecución á Listo: por ejemplo, en un sistema de tiempo compartido, cuando el proceso que ocupa la CPU lleva demasiado tiempo ejecutándose continuamente (agota su cuanto) el sistema operativo decide que otro proceso ocupe la CPU, pasando el proceso que ocupaba la CPU a estado listo.

De Listo á en ejecución: cuando lo requiere el planificador de la CPU (veremos el planificador de la CPU en el tema de planificación de procesos).

De Bloqueado á Listo: se dispone del recurso por el que se había bloqueado el proceso. Por ejemplo, termina la operación de E/S, o se produce una operación SIGNAL sobre el semáforo en que se bloqueó el proceso, no habiendo otros procesos bloqueados en el semáforo.

Obsérvese que de las cuatro transiciones de estado posibles, la única iniciada por el proceso de usuario es el bloqueo, las otras tres son iniciadas por entidades externas al proceso.

Figura 2.1 Transiciones de estado de los procesos.

Interpretación de la figura. Como podemos observar en esta figura tenemos una serie de transiciones posibles entre estados de proceso, representados a partir mediante una gama de colores. Estos colores hay que interpretarlos de forma que, el color del borde de los estados representa a dichos estados, los colores dentro de los circulos nos dicen las posibles alternativas de acceso hacia otro estado, y los colores de las flechas nos representan hacia que estado nos dirigimos si seguimos la misma.

ENLACE al tema anterior: INTRODUCCIÓN

ENLACE al siguiente tema: PLANIFICACIÓN DE PROCESOS

** Fin de Qué es un Proceso. Estado y Transiciones **