Resumen tema 3º

Gestión de los recursos de un sistema operativo

Procesos y flujos

Un proceso es un concepto manejado por el sistema operativo y que referencia un programa en ejecución.

A los procesos se les denomina flujos de control, tareas, threads o hilos.

La UCP (Unidad Central de Proceso) encargado de asignar estos recursos en un orden y unas prioridades. También realiza funciones de sincronización de todos los procesos. Cada vez que un programa se convierte en proceso, a dicho proceso se le asocia una estructura de datos.

Esta estructura de datos, identifica el proceso respecto de los demás y sirve para controlar su correcta ejecución. Llamado el bloque de control de procesos o BCP.

2. Hebreas y estados de los procesos

Una hebra es un punto de ejecución de un proceso.

Las hebras representan un método software para mejorar el rendimiento y eficacia de los sistemas operativos.

Un proceso clásico posibles de un proceso que podemos ver son:

En ejecución: El procesador está ejecutando instrucciones del programa que lo compone y tiene concedido el tiempo de uso de la UCP en un instante concreto.

Preparado, en espera o activo: Proceso preparado para ser ejecutado.

Bloqueado: Proceso retenido.

   

    Todos los procesos dentro de cualquier sistema operativo tienen unas características que lo identifican. Cada proceso tiene un identificador que la discriminación de los demás. Este identificador de proceso se nombra con la abreviatura PID.

Cada proceso que se lanza a ejecución depende de otro proceso denominado proceso padre.

Al nuevo proceso lanzado se lo denomina proceso hijo.

3. Transición de los procesos

Un programa se ha lanzado y se ha convertido en proceso atravesando varias fases o estados hasta finalizar.

El proceso se lanza y se coloca en la cola de procesos en estado preparado. Pasado un tiempo, el proceso pasa a ejecución.

Los cambios de estado se denominan transiciones.

Transición A: Cuando se está en ejecución necesita alguna señal para continuar.

Transición B: Cuando un programa o proceso ha utilizado el tiempo asignado por la UCP y tiene que dejar paso al siguiente proceso.

Transición C: Cuando está preparado pasa al proceso de ejecución.

Transición D: Cuando pasa de estar bloqueado a estar preparado.

Cuando un proceso o hilo pasa de un estado a otro, lo que producirá un cambio de contexto, afecta a un sistema multiproceso o multihebra.

El cambio puede ser parcial si se realiza entre hilos del mismo proceso.

Los diferentes estados tienen una relación directa denominado prioridades, aquellos que el sistema asigna a cada proceso.

Planificación: Procesos que deben ejecutarse y los estados que estos deben adaptar.

Vocabulario: Planificación a la parte del sistema operativo encargado de asignar los recursos  del sistema.

Quantum: Tiempo compartido, consiste en dividir el tiempo de ejecución del procesador en minúsculos intervalos de tiempo.

4. Bloque de control de procesos

Los procesos pasan por distintos estados cuyas transiciones están controladas por el sistema operativo.

El BCP de cada proceso almacena información como:

Estado actual del proceso: Ejecución. preparado o bloqueado.

Identificador del proceso: Dependiendo del sistema operativo, a cada proceso se le asigna un PID.

Prioridad del proceso: La asignada por el planificador.

Ubicación en memoria: Dirección de memoria en la que se carga el proceso.

Recursos utilizados: Recursos hardware y software para poder ejecutarse.

El BCP puede contener además el PPID (Process Parent IDentification). Se pueden identificar todos los procesos que son hijos de otro, siempre y cuando tengan el mismo PPID.

5. Algoritmos de planificación

Algoritmo de rueda: asigna rotativamente tiempos de ejecución a los diferentes procesos. También llamado Round-Robin. A cada uno se le asigna el mismo quantum o intervalo de tiempo de ejecución secuencial. La selección entre los procesos se realiza mediante una cola FIFO (First In First Out, el primero en entrar es el primero en salir o ser servido)

Algoritmo FIFO (First In First Out) o FCFS (First Come First Serve) al primer proceso que llega se le asignan tiempos o ciclos de UCP hasta que termina completamente. a continuación, se ejecuta completo el siguiente proceso que hay en la cola FIFO y así sucesivamente hasta terminar con el último proceso.

6. Memoria RAM y memoria virtual

En memoria permanece solo parte del programa que se estuviera ejecutando y que el resto quedará en el disco.

Para el usuario el programa estará cargado en RAM, pero en realidad solo se cargará en RAM la parte del programa que se esté ejecutando en ese instante. El resto del programa en ejecución permanecerá temporalmente almacenado en disco para su posterior utilización, si fuera necesario.

7. Intercambio

El que administra la memoria es el administrador de memoria.

Se encarga de gestionar el intercambio de datos entre memoria y disco.

La memoria tiene que ser gestionada y controlada por el sistema operativo de tal forma que cada proceso utilice el espacio de memoria sin afectar a otros espacios de memoria en los que pueda haber datos o registros con información para otros procesos o hilos de un proceso.

----- Seguir resumiendo este punto después -----

8. Paginación, segmentación y swapping

Técnicas de gestión de memoria,  que permiten ejecutar programas de un tamaño superior a la capacidad de la memoria RAM utilizando el disco duro como una “ampliación” de la memoria principal del equipo.

Ventaja: puede ejecutar cualquier programa.

Desventaja: pérdida de rendimiento.

8.1 Paginación

La paginación es una técnica que consiste en dividir la memoria interna o RAM en zonas iguales llamadas frames.

Para ubicar un programa en memoria, el sistema operativo buscará en memoria física los frames que tenga libre. El tamaño de estos frames se diseña mediante hardware.

Mediante la tabla de páginas, la UCP asigna las direcciones físicas de los frames a las páginas en las que se ha dividido el programa. Un proceso se puede ubicar en memoria inter en frames no contiguos, ya que estos pueden estar ocupados por otros procesos.

La técnica de paginación es similar a la de memoria virtual. La gran diferencia es que aquí no existe disco duro para intercambiar parte de los procesos.

La paginación es una técnica de reasignación o redireccionamiento dinámico, con la consideración de que la tabla de páginas se puede almacenar en registros especiales destinados a tal efecto o en una parte de la propia memoria.

8.2. Segmentación

Es una técnica similar a la paginación que permite definir los bloques de memoria de tamaño variable. Cada segmento puede variar desde 0 hasta un máximo permitido.

Estos segmentos pueden tener longitudes distintas.

A través del sistema operativo, puede organizar la memoria en bloques concretos y tener partes de ella destinadas a almacenar las estructuras de datos, que pueden crecer o menguar según las necesidades del usuario o del programa. Para ello se utilizan las pilas de memoria o stacks, en las que se gestionan las estructuras de datos necesarias.

8.3. Swapping

El swapping es una técnica similar a la de memoria virtual. Cuando varios usuarios están ejecutando procesos en un mismo ordenador, este se ve obligado a cargarlas en RAM. La memoria irá liberando de su proceso y pasará a la zona de swap mediante la técnica llamada swap-out.

Si lo vuelve a solicitar su proceso para seguir ejecutando, se produce el denominado swap-in, que consiste en pasar el programa de la zona de swap a la memoria interna.

Está formada por un espacio físico del disco en el que tenemos el sistema operativo y las aplicaciones que se van a ejecutar.

Esta zona siempre estará reservada y disponible para el intercambio de programas con la memoria principal.

9. Programas reubicables, reentrantes, residentes y reutilizables.

A. Reubicables

Una vez cargados en RAM para ejecutarse, pueden variar de situación. Estos procesos o programas cambian de posición cuando se está realizando una operación sobre el ordenador. Esta operación suele ser de configuración interna del propio ordenador.

B. Reentrantes

Son aquellos programas que dejan la memoria libre para otros procesos. Cuando se liberan, se suelen almacenar temporalmente en el disco duro.

C. Residentes

Una vez cargados en memoria, permanecerán en ella hasta que se apague el ordenador. No cambian su ubicación en ningún momento. Suelen ser programas antivirus. Los más comunes son los llamados centinelas, incorporan antivirus para que analice continuamente lo que se carga en memoria.

D. Reutilizables

Son programas que normalmente son utilizados por varios usuarios a la vez en memoria. Con ello se consigue un mejor aprovechamiento de la memoria.

10. Clasificación de los periféricos

De entrada: son los que sirven para introducir información.

De salida: son los que se utilizan para extraer la información.

De entrada/salida (E/S): son los que se utilizan para introducir o extraer datos desde y hacia el ordenador.

Teclado y ratón

Ctrl: Se utiliza con otra combinación de teclas para realizar determinadas funciones o para seleccionar múltiples archivos.

Shift: Se utiliza para escribir letras en mayúsculas o el símbolo de la parte superior del resto de teclas.

Caps Lock: Se utiliza para dejar activada la escritura de teclado en mayúsculas.

Tab: Se utiliza para tabulación en procesadores de texto y movimiento en campos de entrada  en formularios.

Esc: Se utiliza normalmente para finalizar procesos o acciones.

Teclas de función (F1 a F12): Se utilizan para abreviar acciones en herramientas ofimáticas o determinadas acciones sobre el sistema operativo.

Retroceso: Se utiliza para borrar el carácter a la izquierda de la posición del cursor.

Panel identificador: Indica si tenemos activadas las mayúsculas o el teclado numérico.

Teclado numérico: Se utiliza como teclado de edición en teclados que no disponen de teclas para este fin.

Teclado de edición: Se utiliza para moverse por documentos, por gráficos e incluso en los juegos.

Enter: Sirve para hacer efectivas las operación de confirmar alguna acción o para insertar líneas en procesadores de texto.

Espaciador: Se utiliza en combinación con otras sirve para realizar determinadas acciones del sistema operativo.

B. Monitor

Es un periférico de salida. Puede ser monocromo o color, y sus prestaciones dependerán, de la tarjeta gráfica.

C. Impresora

Es un periférico de salida que permite la salida en papel de la información deseada.

Térmicas

Inyección de tinta

Laser

Electromagnética

D. Otros periféricos

Escáner: Dispositivo de entrada que permite transformar imágenes o texto impreso en datos digitales

Módem: Periférico de E/S que se conecta a la entrada estándar del teléfono permite la comunicación remota con otros equipos.

Unidades de disquete: Son periféricos de E/S que permiten almacenar o extraer información de los soportes.

Unidades de disco duro: Se utilizan para instalar en ellas software de los sistemas operativos y la mayor parte del software de aplicaciones. Se mide en GB.

Tableta digitalizadora y lápiz óptico: Periféricos utilizados normalmente para la confección de gráficos y esquemas. Son de entrada.

DVD (Digital Video Disk): Periférico de entrada. Para acceder a la información se aplica tecnología láser. Su capacidad es superior a los 4 GB.

Blue-ray: Similar al anterior pero con mucha más capacidad. Almacena hasta 50 GB.

HDVD: Similar al DVD, capacidad de hasta 30 GB.

No se deben confundir los periféricos de E/S con los soportes de información.

11. Gestión de la información

Cada sistema operativo utiliza su propio sistema de archivos El sistema operativo gestiona cada archivo almacenado en el soporte.

Archivos regulares o estándares: Son los que contienen información del usuario, programas, documentos, texto, gráficos.

Directorios: Archivos que contienen referencias a otros archivos regulares o a otros directorios

Archivos especiales: Los que no son de ninguno de los dos tipos anteriores.