Fundamentos de Sistemas Operativos: Gestión de Procesos y Algoritmos de Planificación

Bloque de Control de Proceso (BCP)

Para cada proceso, el **Sistema Operativo (S.O.)** debe guardar su estado y cualquier otra información que debe mantenerse mientras no esté en ejecución.

• Estado actual (preparado, en espera).
• Registros de la CPU (contador de programa, otros registros).
• Información del planificador (ID, prioridad).
• Apuntadores a las zonas de memoria del proceso.
• Información de contabilidad (tiempo consumido, etc.).
• Información de E/S (dispositivos por los que espera, lista de archivos abiertos, etc.).
• Etcétera.

Estados de un Proceso

Nuevo

Recién creado por la CPU.

En Ejecución

Ejecutando instrucciones en la CPU.

Bloqueado

Esperando a que ocurra algún evento (ejemplo: operación de E/S).

Preparado

Esperando a que le asignen un procesador.

Terminado

No ejecutará más instrucciones y le serán removidos los recursos que consume.

Cambio de Contexto

Es la operación que consiste en desalojar a un proceso de la **CPU** y reanudar otro.

Hay que guardar el estado del proceso que sale en su **BCP**, y recuperar los registros del proceso que entra. Cada contexto se encuentra en cada BCP.

El cambio de contexto es **tiempo perdido**, así que debe ser lo más rápido posible.

Planificación de Procesos

Objetivo de la Multiprogramación

• Maximizar el aprovechamiento de la **CPU**.

Objetivos del Tiempo Compartido

• Conmutar la CPU entre procesos con tal frecuencia que los usuarios puedan interactuar con cada programa durante su ejecución.
• Sistemas con un solo procesador.

Los procesos esperan por la CPU y por dispositivos de E/S.

Turno Rotatorio (Round Robin)

Es un algoritmo adecuado para implementar el **tiempo compartido**.

• Se comporta como el FCFS (First-Come, First-Served), pero cada proceso dispone de un **cuanto de tiempo máximo** (quantum).
• Si cuando expira el cuanto de tiempo el proceso sigue en la CPU, el planificador lo desaloja y lo ingresa al final de la cola de preparados.
• La cola de preparados se gestiona como una **FIFO** (First-In, First-Out).
• Si el cuanto de tiempo es $Q$ y hay $N$ procesos en cola, el tiempo de respuesta es como mucho $Q imes (N-1)$.

Influencia del Cuanto de Tiempo ($Q$)

Si $Q$ es muy grande, los procesos terminarán sus ráfagas de CPU antes de que termine el cuanto: se comporta como un **FCFS**.

• Si $Q$ tiende a ser grande, se tiende a un sistema en el que cada proceso dispone de un procesador a $1/N$ de la velocidad del proceso real (**procesador compartido**).
• Si $Q$ es muy pequeño, ocurren más **cambios de contexto** y baja el rendimiento.

¿Qué es un Sistema Operativo (S.O.)?

Es un programa que sirve de intermediario entre los usuarios y el **hardware**. Pertenece al software de sistema.

Objetivos del S.O.

• Ejecutar las aplicaciones de los usuarios.
• Facilitar la interacción con el computador (amigabilidad, comodidad).
• Administrar eficientemente los recursos de la máquina (**eficiencia**).

El S.O. no realiza trabajo productivo directamente.

Tipos de Sistemas Operativos

• Primeros sistemas.
• Sistemas por lotes.
• Mejoras de la gestión de la E/S.
• Sistemas por lotes multiprogramados.
• Sistemas de tiempo compartido.
• Ordenadores personales.
• Sistemas paralelos (**multiprocesadores**).
• Sistemas distribuidos.
• Sistemas en tiempo real.

Sistemas Monitor Residente

Programa fijo en memoria con rutinas **imprescindibles** para que el sistema funcione:

• Intérprete del cargador de programas.
• Rutinas de E/S.

Automatiza tareas del antiguo operador. Es considerado el **primer S.O. auténtico**.

Sistema por Lotes Multiprogramado

Objetivo: Mejorar el rendimiento de la CPU.

Motivación: Consecuencia de la planificación de tareas.

Procedimiento: Combinación del uso de la CPU. Cuando una tarea debe esperar, los recursos del sistema son asignados a otra tarea preparada para la ejecución.

Sistemas de Tiempo Compartido

Mejora la **interactividad** con el usuario. Son sistemas multiprogramados e interactivos.

Asignación de la CPU en rodajas de tiempo a todos los usuarios, consiguiendo:

• Tiempos de respuesta cortos.
• Impresión de usuario único.

Sistemas Compartidos (Multiprocesador)

También conocidos como sistemas multiprocesador o **sistemas fuertemente acoplados**.

• Poseen más de un procesador.
• Comparten bus, reloj, periféricos, etc.
• Ofrecen mejor rendimiento y permiten compartir recursos.

Sistemas Distribuidos

También conocidos como sistemas multicomputador o **sistemas débilmente acoplados**.

• Distribuyen el cómputo entre varios procesadores.
• Los procesadores no comparten ni memoria ni reloj.
• Se comunican entre sí a través de líneas de comunicación.
• Ventajas: recursos compartidos, computación más rápida, confiabilidad, comunicación.

Sistemas de Tiempo Real

Los requisitos de tiempo de la operación del procesador o del flujo de datos son **estrictos**.

• Tiempo real duro.
• Tiempo real blando.