Planificación de procesos en sistemas operativos: objetivos, métricas y políticas de planificación

Planificación de procesos en sistemas operativos

Introducción

Planificación de procesos
Objetivos.
Criterios.
Métricas.
Estrategias.

Objetivos

• Justicia: Debe evitar, en lo posible, favorecer a unos procesos y perjudicar a otros.
• Número máximo de usuarios interactivos: Objetivo principal de la mayoría de los sistemas de tiempo compartido.
• Predecibilidad: La estrategia debe permitir saber cómo será la ejecución de los procesos.
• Minimización de la sobrecarga: Debe procurar minimizar los cambios de contexto.
• Equilibrio en el uso de los recursos: Los recursos deben ocuparse equitativamente y por el mayor tiempo posible.
• Seguridad en las prioridades: Al establecerse prioridades, estas deben respetarse.
• Máxima capacidad de ejecución: Debe procurar minimizar los cambios de procesos.

Criterios

• Tiempo de respuesta: Velocidad con que el sistema responde a un requerimiento.
• Tiempo de servicio: Tiempo de respuesta menos tiempo de E/S.
• Tiempo de ejecución: Tiempo de servicio menos tiempo de espera.
• Tiempo de procesador: Tiempo de ocupación del procesador.
• Tiempo de espera: Tiempos de espera en las distintas colas.
• Eficiencia: Utilización del procesador.
• Rendimiento: Número de trabajos por unidad de tiempo.

Métricas

• ti = Tiempo de orden de ejecución.
• t = Tiempo de ejecución.
• tf = Tiempo de fin de ejecución.
• T = Tiempo de servicio = tf - ti.
• E = Tiempo de espera = T - t.
• I = Índice de servicio = t / T.

Políticas de planificación

Clasificación:

• Apropiativa: Producen un cambio de proceso con cada cambio de contexto (tiempo compartido, tiempo real, otros).
• No apropiativa: Los procesos se ejecutan hasta su finalización (procesamiento por lotes).

Políticas específicas

• F.I.F.O. (Primero en llegar, primero en salir):
  • También conocida como FCFS (First Come, First Served).
  • Es una política no apropiativa.
  • Es muy predecible.
  • El índice de servicio mejora cuanto más largos son los procesos.
  • Tiene un desempeño no muy bueno en general.
• S.J.N. (Siguiente, el más corto):
  • Conocida como Shortest Job Next.
  • Es una política no apropiativa.
  • Es muy predecible.
  • El índice de servicio es bueno para los procesos cortos.
  • Requiere más información que otras políticas para decidir sobre el siguiente proceso a ejecutar (heurística).
• L.I.F.O. (Último en entrar, primero en salir):
  • También conocida como LCFS (Last Come, First Served).
  • Es una política no apropiativa.
  • Es muy predecible.
  • El índice de servicio mejora cuanto más cortos son los procesos.
  • Tiene un desempeño no muy bueno.
• L.J.N. (Siguiente, el más largo):
  • Conocida como Largest Job Next.
  • Es una política no apropiativa.
  • Es muy predecible.
  • El índice de servicio es bueno para los procesos largos.
  • Requiere más información que otras políticas para decidir sobre el siguiente proceso a ejecutar (heurística).
• R.R. (Round-Robin):
  • También conocida como asignación cíclica.
  • Es una política apropiativa.
  • Es poco predecible.
  • El índice de servicio depende del quantum (q), que por lo general es un valor entre 5 y 90 milisegundos.
  • R.R. trata de mantener constante el índice de servicio de los procesos cortos.
• S.R.T. (Siguiente, tiempo restante menor):
  • Es la versión apropiativa del S.J.N., que selecciona el proceso con menor tiempo restante.
• Prioridad: Política basada en valores de prioridad (ver sección de prioridades).
• Colas múltiples: Uso de varias colas con diferentes políticas y criterios de servicio.

Descripción detallada de políticas (texto original corregido)

Primero en entrar, primero en salir (F.I.F.O.)

También conocida como FCFS (First Come, First Served). Es una política no apropiativa. Es muy predecible. El índice de servicio mejora cuanto más largos son los procesos. Tiene un desempeño no muy bueno.

El siguiente proceso, el más corto (S.J.N.)

Conocida como Shortest Job Next. Es una política no apropiativa. Es muy predecible. El índice de servicio es bueno para los procesos cortos. Requiere de más información que otras políticas para decidir sobre el siguiente proceso a ejecutar (heurística).

Último en entrar, primero en salir (L.I.F.O.)

También conocida como LCFS (Last Come, First Served). Es una política no apropiativa. Es muy predecible. El índice de servicio mejora cuanto más cortos son los procesos. Tiene un desempeño no muy bueno.

El siguiente proceso, el más largo (L.J.N.)

Conocida como Largest Job Next. Es una política no apropiativa. Es muy predecible. El índice de servicio es bueno para los procesos largos. Requiere de más información que otras políticas para decidir sobre el siguiente proceso a ejecutar (heurística).

Round-Robin (R.R.)

También conocida como asignación cíclica. Es una política apropiativa. Es poco predecible. El índice de servicio depende del quantum (q), que por lo general es un valor entre 5 y 90 milisegundos. R.R. trata de mantener constante el índice de servicio de los procesos cortos.

Prioridades

• Estáticas: El valor no cambia durante la vida útil del proceso.
• Dinámicas: El valor puede cambiar durante la vida útil del proceso.
• Internas: El valor depende de alguna característica propia del proceso.
• Externas: El valor depende de una característica ajena al proceso.

Interrupciones

Una interrupción es un evento que altera la secuencia en que el procesador ejecuta las instrucciones. La interrupción es generada por el hardware del sistema de cómputo.

Proceso ante una interrupción

1. El hardware pasa el control al sistema operativo.
2. El sistema operativo guarda el estado del proceso interrumpido.
3. El sistema operativo analiza la interrupción y transfiere el control a la rutina apropiada.
4. La rutina procesa la interrupción.
5. Se restablece el estado del proceso interrumpido o del siguiente proceso a ejecutar.
6. Se ejecuta el proceso restablecido o el siguiente.

Tipos de interrupciones

• Llamadas al supervisor (svc): Peticiones de usuarios para E/S.
• De E/S: Iniciadas por hardware de E/S, tales como cambio de estado (listo).
• Externas: Expiración de cuanto, interrupción de otro procesador.
• De reinicio: Reinicios del sistema o componentes.
• De verificación de programa: División por cero, desbordamiento, defecto de números, formato con error, código inválido.
• De verificación de máquina: Errores detectados por el hardware.

Notas finales

Este documento resume los objetivos, criterios, métricas y políticas más relevantes en la planificación de procesos en sistemas operativos. Las políticas se seleccionan en función de los objetivos del sistema (latencia, rendimiento, equidad, utilización) y de las características de la carga de trabajo.