De algún modo, debemos hacer una pregunta fundamental: ¿cuál es la manifestación física de un proceso? Como mínimo debe incluir un programa o conjunto de programas que sean ejecutados. Asociados a estos programas hay un conjunto de ubicaciones de datos para las variables locales y globales, y las constantes definidas. Así pues, un proceso constará, al menos, de la memoria suficiente para albergar los programas y los datos del proceso. Además, en la ejecución de un programa entra en juego normalmente una pila, que se utiliza para llevar la cuenta de las llamadas a procedimientos y de los parámetros que se pasan entre los procedimientos. Por último, asociado a cada proceso hay una serie de atributos que utiliza el sistema operativo para el control del proceso. Estos atributos se recogen en una estructura de datos que se conoce como bloque de control de proceso (Process Control Block, PCB) o descriptor de proceso. A esta colección de programa, datos, pila y atributos se le llama imagen o entorno del proceso.

El bloque de control de proceso es la estructura de datos central y más importante de un sistema operativo. Cada bloque de control de proceso contiene toda la información de un proceso que necesita un sistema operativo para su control. Estos bloques son leídos y/o modificados por casi todos los módulos de un sistema operativo, incluyendo aquellos que tienen que ver con la planificación, la asignación de recursos, el tratamiento de interrupciones y el análisis y supervisión del rendimiento. Puede decirse que el conjunto de los bloques de control de procesos definen el estado del sistema operativo. El conjunto de todos los PCB’s se guarda en una estructura del sistema operativo llamada tabla de procesos, la cual se puede implementar como un vector o un lista enlazada. La tabla de procesos reside en memoria principal, debido a su alta frecuencia de consulta.

En un sistema de multiprogramación, se requiere una gran cantidad de información de cada proceso para su administración. Sistemas distintos organizarán esta información de modo diferente. En general, se puede agrupar la información de los PCB’s en tres categorías:

Con respecto a la identificación del proceso, en casi todos los sistemas operativos se le asigna a cada proceso un identificador numérico único (ID). Este identificador nos servirá para localizarlo dentro de la tabla de procesos. Cuando se permite que los procesos creen otros procesos, se utilizan identificadores para señalar al padre y a los descendientes de cada proceso. Además de estos, un proceso también puede tener asignado un identificador de usuario que indica a quién pertenece el proceso (UID).

El siguiente conjunto de información es la información de estado del procesador. Básicamente, está formada por el contenido de los registros del procesador. Por supuesto, mientras el proceso está ejecutándose, la información está en los registros. Cuando se interrumpe el proceso, toda la información de los registros debe salvarse de forma que pueda restaurarse cuando el proceso reanude su ejecución. La naturaleza y número de registros involucrados depende del diseño del procesador. Normalmente, en el conjunto de registros se incluyen los registros visibles para el usuario, los registros de control y de estado (contador de programa y palabra de estado) y los punteros a pila.

A la tercera categoría general de información del bloque de control de proceso se le podría llamar información de control del proceso. Esta es la información adicional necesaria para que el sistema operativo controle y coordine los diferentes procesos activos. Como, por ejemplo, información de planificación y estado (estado del proceso, su prioridad, información de planificación, suceso), apuntadores(punteros) a estructuras de datos (los procesos que esperan en un semáforo), punteros a zonas de memoria del proceso, recursos controlados por el proceso (ficheros abiertos), etc.

Así pues, el PCB es la entidad que define un proceso en el sistema operativo. Dado que los PCB necesitan ser manejados con eficiencia por el sistema operativo, muchos ordenadores tienen un registro hardware que siempre apunta hacia el PCB del proceso que se está ejecutando. A menudo existen instrucciones hardware que cargan en el PCB información sobre su entorno, y la recuperan con rapidez.

Los sistemas que administran procesos deben ser capaces de realizar ciertas operaciones sobre y con los procesos. Tales operaciones incluyen:

Un proceso puede crear un nuevo proceso. Si lo hace, el proceso creador se denomina proceso padre, y el proceso creado, proceso hijo. Sólo se necesita un padre para crear un hijo. Tal creación origina una estructura jerárquica de procesos, en la cual cada hijo tiene sólo un padre, pero un padre puede tener muchos hijos. En el sistema operativo UNIX la llamada al sistema ‘fork’ crea un proceso hijo.

Destruir un proceso implica eliminarlo del sistema. Se le borra de las tablas o listas del sistema, sus recursos se devuelven al sistema y su PCB se borra (es decir, el espacio de memoria ocupado por su PCB se devuelve al espacio de memoria disponible). La destrucción de un proceso es más difícil cuando éste ha creado otros procesos. En algunos sistemas un proceso hijo se destruye automáticamente cuando su padre es destruido; en otros sistemas, los procesos creados son independientes de su padre y la destrucción de este último no tiene efecto sobre sus hijos.

Un proceso suspendido o bloqueado no puede proseguir sino hasta que lo reanuda otro proceso. La suspensión es una operación importante, y ha sido puesta en práctica de diferentes formas en diversos sistemas. La suspensión dura por lo normal sólo periodos breves. Muchas veces, el sistema efectúa las suspensiones para eliminar temporalmente ciertos procesos, y así reducir la carga del sistema durante una situación de carga máxima. Cuando hay suspensiones largas se debe liberar los recursos del proceso. La decisión de liberar o no los recursos depende mucho de la naturaleza de cada recurso. La memoria principal debe ser liberada de inmediato cuando se suspenda un proceso; una unidad de cinta puede ser retenida brevemente por un proceso suspendido, pero debe ser liberada si el proceso se suspende por un periodo largo o indefinido. Reanudar (o activar) un proceso implica reiniciarlo a partir del punto en el que se suspendió.

Cambiar la prioridad de un proceso normalmente no implica más que modificar el valor de la prioridad en el PCB.

Algunas líneas más arriba se presentaron los conceptos de suspensión y reanudación de un proceso. Estas operaciones son importantes por diversas razones.

La figura 3.1 muestra el diagrama de transiciones de estado de los procesos, modificado para incluir las operaciones de suspensión y reanudación. Se han añadido dos estados nuevos, denominados suspendido_listo y suspendido_bloqueado; no hay necesidad de un estado suspendido_en_ejecución. El rango de procesos en el azul mantiene los estados activos, y debajo tenemos los estados suspendidos.

Una suspensión puede ser iniciada por el propio proceso o por otro. En un sistema con un sólo procesador, el proceso en ejecución puede suspenderse a sí mismo; ningún otro proceso podría estar en ejecución al mismo tiempo para realizar la suspensión (aunque otro proceso sí podría solicitar la suspensión cuando se ejecute). En un sistema de múltiples procesadores, un proceso en ejecución puede suspender a otro que se esté ejecutando en ese mismo momento en un procesador diferente.

Solamente otro proceso puede suspender un proceso listo. Un proceso puede hacer que otro proceso que se encuentre en el estado suspendido_listo pase al estado listo. Un proceso puede suspender a otro proceso que esté bloqueado, y hacerlo pasar de suspendido_bloqueado a bloqueado. Se podría alegar que en lugar de suspender un proceso bloqueado, sería mejor esperar hasta que ocurriera el evento que esperaba; entonces el proceso podría suspenderse y pasarse al estado suspendido_listo. Por desgracia, puede ser que nunca ocurra el evento o que se postergue indefinidamente. Así pues, el diseñador debe decidir si realiza la suspensión del proceso bloqueado o establece un mecanismo mediante el cual se realice la suspensión desde el estado listo cuando ocurra la finalización de la operación. Como la suspensión es, por lo normal, una actividad de alta prioridad, se debe realizar de inmediato. Cuando ocurre finalmente el evento, el proceso suspendido_bloqueado pasa a suspendido_listo.

En el tema de planificación y de gestión de memoria se analiza la forma en que el sistema operativo utiliza las operaciones de suspensión y reanudación para equilibrar la carga del sistema.