- Representación de los
procesos - Hilos
de ejecución o thread - Sincronización
y comunicación entre procesos - Sección
crítica - Modelo
de sincronización mutex (mutual exclusión object)
exclusión mutua - Modelo de
sincronización por semáforos - Modelo de
sincronización por mensajes - Problemas de
sincronización - Los
clásicos problemas de la sincronización de
procesos - Interbloqueo
- Recursos
reutilizables - Recursos
consumibles - Bibliografía
INTRODUCCIÓN
En los sistemas
operativos multiprogramados surge el concepto de
proceso,
asociado a la ejecución de un programa. En
general, un proceso es un flujo de ejecución, representado
básicamente por un contador de programa, y su contexto de
ejecución, que puede ser más o menos amplio.
Así, un proceso incluye en su contexto el estado de
la pila, el estado de
la memoria y
el estado de la E/S, mientras que un thread típico
tiene como contexto propio poco más que la pila. En
algunos sistemas es
posible determinar el contexto propio de un proceso en el momento
de su creación, como ocurre con la llamada al sistema clone()
de Linux. En
adelante, sin perder generalidad, utilizaremos siempre el
término proceso, independientemente de cuál sea su
contexto.
Uno de los objetivos del
sistema operativo
es la representación de los procesos y el
soporte de los cambios de contexto entre procesos, que
posibilitan la compartición del recurso CPU. El acceso
a otros recursos
compartidos y la
comunicación entre procesos relacionados (por ejemplo,
de una misma aplicación) hacen necesaria la
utilización de mecanismos de sincronización dentro
del sistema operativo. Típicamente, un proceso requiere la
CPU durante un periodo de tiempo,
realiza alguna operación de E/S, y vuelve a requerir la
CPU, repitiéndose este ciclo hasta la finalización
del programa. El proceso pasa por diversos estados entre los que
se definen transiciones, como representa, en su forma más
sencilla, el grafo de la Figura siguiente.
Cada vez que un proceso pasa al estado preparado,
está compitiendo por el recurso CPU. Un segundo objetivo del
sistema operativo multiprogramado es la planificación del uso del (de los)
recurso(s) de proceso. Los criterios que se siguen para la
planificación y las políticas
que se usan se estudiarán mas adelante en el desarrollo de
la presente investigación.
Para realizar el estudio de dichas políticas se
realiza una sintetizada referencia a la representación de
los procesos, para luego definir hilos de ejecución o
threads, estableciendo diferencias entre procesos y hilos de
ejecución, sus ventajas desventajas, estados,
sincronización y tipos, para luego empezar a estudiar el
fenómeno de la sincronización de procesos,
estableciendo su definición y características, se
esboza la definición, modelo,
propiedades de la sección critica, así como la
descripción detallada de algunos de los
principales modelos de
sincronización tales como el de exclusión mutua
(mutex), semáforos y mensajes, para después
describir los diferentes problemas de
sincronización tales como; el fumador de cigarrillos, la
panadería de Lamport, los filósofos que cenan (sabios), el barbero
dormilón, lectores y escritores, y productor consumidor y
finalmente se estudia el interbloqueo estableciendo su
definición, características, condiciones necesarias
y suficientes para su existencia, en cuanto a su detección
y recuperación.
Representación de los
procesos
Para representar los procesos, un sistema operativo
multiprogramado debe almacenar información en base a la cual:
Identificar cada proceso. Se utiliza un identificador
del proceso, que suele ser un entero.
Representar el estado de cada proceso para mantener el
grafo de transición de estados. Normalmente los estados se
representan mediante colas de procesos.
Planificar el siguiente proceso que entre en la CPU
(scheduling). Se requiere información que permita aplicar
los criterios de planificación (prioridad, quantum,
etc).
Contabilizar el uso de recursos por el proceso (tiempo
consumido de CPU, tiempo de ejecución del proceso, tiempos
máximos asignados, identificador de usuario). Parte de
esta información puede ser útil para la
planificación.
Gestionar el contexto de los procesos. Por cada proceso
hay que almacenar el estado del procesador, de la
pila y de los otros recursos (memoria y
entrada/salida). En un cambio de
contexto hay que guardar el contexto del proceso que abandona la
ejecución y restaurar el contexto del proceso
planificado.
Gestionar la memoria. Punteros a tablas de
páginas y otra información de la que hablaremos en
su momento.
Soportar la entrada/salida. Peticiones pendientes,
dispositivos asignados, tabla de canales, etc.
Esta información no tiene por qué estar
concentrada en una estructura de
datos única para cada proceso. Cómo se almacene
dependerá de la estructura del
sistema operativo. Por ejemplo, en los sistemas por capas, la
información de un proceso estará segmentada a
través de las capas. Sin embargo, conceptualmente podemos
suponer una estructura, que denominaremos Bloque de Control del
Proceso o PCB (Process Control Block), que almacena la
información del proceso. Los PCBs se enlazan para formar
listas encadenadas (Figura B), por lo que el PCB incluye uno o
más apuntadores. La disciplina de
acceso a los PCBs puede ser diversa (FCFS, en base a la
prioridad, etc). Así, la gestión
de procesos en el sistema operativo se puede representar mediante
un conjunto de colas de PCBs. Habrá una cola para los
procesos que estén en estado preparado para
ejecución, una cola para cada condición de bloqueo,
e incluso, para generalizar, se puede considerar una cola de
procesos en ejecución (por cada CPU).
Figura B Una lista de PCBs de
encadenado simple
De esta forma, podemos definir el sistema operativo como
un modelo de procesos que se representa mediante un sistema de
colas, según se muestra a
continuación.
Página siguiente  |