C2_Administracion_Procesador_SS00.pdf

8/16/2019 C2_Administracion_Procesador_SS00.pdf

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Administracion del Procesador

Your picture hereSistemas Operativos

Ciclo 2016-1

Profesor:

Diaz Muñante Jorge


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Estructura del Kernel

El kernell está conformado por 5 grandes subsistemas.

El planificador de procesos (sched).

El administrador de memoria (mm).

El sistema del archivo virtual (vfs).La interface de la red (net).

La comunicación inter-procesos (ipc).


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Descomposición conceptual


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Tablas del sistema


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Administrador del procesador

El administrador del procesador (processor manager ) está a cargo deasignar el CPU a los programas que se ejecutan (los procesos).

Para los sistemas operativos, un programa es una unidad inactiva(estático) representada por un archivo almacenado en disco.

Un proceso, sin embargo, es una instancia de un programa en ejecucióny se considera una entidad activa (dinámico).

Ejemplo:

– Ejecutemos dos instancias de Internet Explorer.

• Mismo programa.

• Procesos separados.

El CPU no trabaja con programas sino con procesos.

El numero de procesos esta limitado al numero de CPU / Core


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R1

X1

P1

R2

X2

R1

R2

R3

R4

R5

X1

X2

X3

X4

P1

P2

P3Secuencial Concurrente

R=lect.X=Ejec.P=Impr.

ipos de procesamiento


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Esquema de Ejecución de un SO


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Modos de ejecución del Procesador

Procesador proporciona distintos modos de ejecución con diferentesprivilegios

S.O. requiere al menos 2: – Uno con privilegio total y otro con privilegio mínimo

– Incluso aunque haya más (Intel tiene 4) sólo usa 2

– Moraleja: S.O. se conforma con mínimos (más transportable)

Modo usuario (no privilegiado): – Acceso restringido a instrucciones (ej, HALT), registros (ej, RIED,

registro de estado), E/S

– Memoria: Sólo accesible direcciones lógicas de usuario

Modo sistema (núcleo o privilegiado): – Privilegio total

– Procesador se inicia en modo núcleo


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Proceso del Nucleo

Proceso (o threads) de núcleo

Ejecuta sólo código del S.O., siempre en modo sistema

Normalmente se crean en la fase inicial del S.O.

– Módulos del S.O. pueden crear más procesos de núcleo

– En Windows existe conjunto de procesos “trabajadores” de núcleo,cuya única misión es ejecutar peticiones de otros módulos

Labores vinculadas con gestión de memoria y mantenimiento de cachédel Sistema de Archivos

Realiza labores del sistema que se hacen mejor en el contexto de unproceso independiente

– Se pueden realizar operaciones de bloqueo

Normalmente, alta prioridad, pero no siempre (p.e. proceso nulo)

No confundir con “procesos del sistema”


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Proceso del sistema

Procesos de usuario creados por el superusuario

Ejecutan en modo usuario

– “Pero sus llamadas al sistema son siempreatendidas”

En sistemas monolíticos realizan labores del sistema como spooling oservicios de red (demonios de UNIX)

En sistemas microkernel realizan funcionalidades “clásicas” del S.O.como p.e. la gestión de archivos


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Estados de un Proceso

Nuevo

Listo Ejecución

Espera

TerminadoAdmision Interrupción Salida

Fin de E/S o evento E/S o un evento

Despachador


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Estado de un Proceso

El estado de un proceso es un indicador de la naturaleza de la actividadactual en un proceso

Estado Descripción

Ejecución En ese momento el CPU esta ejecutando las

instrucciones en el código del procesoBloqueado Esperar hasta que se conceda una petición de un

recurso o hasta que ocurra un evento

Listo El proceso esta pendiente de usar el CPU

Terminado La ejecución del proceso ha terminado normalmenteo el SSOO lo ha abortado


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Transiciones de estados

Transición Descripción

Listo ejecución El proceso se despacha. El CPU inicia la ejecución de susinstrucciones

Bloqueado listo Termina la solicitud hecha por el proceso o ocurre el evento que

estaba esperando

Ejecución listo El proceso se interrumpe porque se decide planificar otro proceso.Ocurre porque un proceso de mas alta prioridad ha sido admitido o haexpirado el Quantum

Ejecución bloqueado Proceso hace una solicitud a un recurso o hasta que ocurra un evento

especifico. Las causas principales son:•Solicita una operación de E / S•Solicita memoria adicional u otro recurso•Desea espera durante un intervalo de tiempo•Espera el mensaje de otro•Desea esperar alguna accion de otro proceso

Ejecucion terminado La ejecucion del proceso se completa o termina. Las causas:•Autoterminacion. Se encontro la ultima instrucción•Terminacion de un padre.•Utilizacion excesido de un recurso (time-out)•Condiciones anormales durante la ejecucion•Incorrecta interaccion con otro proceso. Ejm. Abrazo mortal


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El PCB: bloque control procesos

La abstracción de proceso en el SO es representada mediante unaestructura de control que recibe el nombre de PCB

– Tiene todos los detalles de un proceso.

Id. del proceso Credenciales de seguridad

Estado del proceso Nombre del usuario propietario

Registros de propósito general Apuntadores a la cola de procesos

Apuntador a pila Máscara de señales

Contador de programa Administración de memoria

Información contable


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Microkernel – Definicion del PCB

S.O. es sólo otro programa: Usa definiciones convencionales

typedef struct PCB_t {int id; /* pid */

int estado;

contexto_t contexto_regs; /* copia de regs. */

void * pila; /* dir. inicial de la pila */

PCBptr siguiente; /* puntero a otro PCB */

void *info_mem; /* descriptor mapa memoria */

} PCB;

PCB * p_proc_actual;

PCB tabla_procs[MAX_PROC];


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Tabla de procesos

La tabla de procesos, es una estructura en memoria que contiene la

ubicación de los PCB de todos los procesos del sistema. A través de

esta, el kernel puede conocer el estado de cada proceso, saber en parte

de la memoria se encuentra, etc.

Process Table

Listado de archivos abiertos

Límites de memoria

Registros

Program Counter

Parent Process ID

Process ID

Estado del Proceso


Límites de memoria

Registros

Program Counter

Parent Process ID

Process ID

Estado del Proceso


Límites de memoria

Registros

Program Counter

Parent Process ID

Process ID

Estado del Proceso


Límites de memoria

Registros

Program Counter

Parent Process ID

Process ID

Estado del Proceso


Límites de memoria

Registros

Program Counter

Parent Process ID

Process ID

Estado del Proceso


Límites de memoria

Registros

Program Counter

Parent Process ID

Process ID

Estado del Proceso


Límites de memoria

Registros

Program Counter

Parent Process ID

Process ID

Estado del Proceso


Límites de memoria

Registros

Program Counter

Parent Process ID

Process ID

Estado del Proceso


Límites de memoria

Registros

Program Counter

Parent Process ID

Process ID

Estado del Proceso


Límites de memoria

Registros

Program Counter

Parent Process ID

Process ID

Estado del Proceso


Límites de memoria

Registros

Program Counter

Parent Process ID

Process ID

Estado del Proceso


Límites de memoria

Registros

Program Counter

Parent Process ID

Process ID

Estado del Proceso

0 1 2 3 4 5


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Posibles operaciones procesos

Creación procesos, lo cual involucra:

– nombre procesos

– insertarlo en la lista de procesos

– determinar prioridad inicial proceso

– crear su PCB

– asignarle sus recursos iniciales

– Procesos padres crean procesos hijos, y estos a su vez crean otros procesos,formando un árbol de procesos, compartiendo recursos y ejecución.

Destrucción procesos – liberar mapa de memoria (pila de usuario incluida)

– cerrar Archivos y liberar otros recursos

– eliminar PCB de cola de procesos listos

– liberar entrada de tabla de procesos – liberar pila del sistema

– activa planificador y realiza c. de contexto al proceso elegido

En UNIX estas operaciones están repartidas entre:

– EXIT: realiza la mayor parte de las operaciones – WAIT: libera entrada de tabla de procesos


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Posibles operaciones procesos ….

Suspención de procesos, Reanudación procesos

Cambio de prioridad, Bloquear un proceso

Despertar a un proceso, Dispatch un proceso

Permitir que un proceso se pueda comunicar con otro


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Las suspenciones y reanudaciones

Puede ser iniciada por el propio proceso o por otros

Aplicaciones

– Sistema muy sobrecargado

– Sistema funciona mal y es probable que falle, se pueden suspenderprocesos activos para reanudarlos una vez que se corrigió el problema

– Un usuario desconfía de los resultados parciales de un proceso

– Necesidad de recuperar la terminal de conrtrol

Uso principal: balanceo carga del sistema

Modificación diagrama estados, nuevas transiciones:

– suspend(procname): listo-> listo_susp – resume(procname): listo_sup -> listo

– suspend(procname): bloqueado -> bloqueado_susp

– resume(procname): bloqueado_sup -> bloqueado


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En ejecuci!n

"lo#ueado $isto

1 3

2

4

$isto%suspendido"lo#ueado%suspendido

suspender &suspend'

reanudar &resume'

suspender

&suspend'

reanudar &resume'

Estado de Procesos ( Suspenciones


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Colas de los Procesos

Cola de listos CPU

Cola de E/SE/S

Cola de E/SE/S

Cola de E/SE/S

Cola de Listos:Contiene todos los procesos residentes enmemoria principal, listos y esperando

ejecutarse.

Colas de dispositivos de E / S.Contiene todo los procesos esperando pordispositivo E / S

Un proceso migra entre las distintas

colas.


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Colas de Procesos

S.O. enlaza PCBs en colas (PCB contiene punteros para ello)

– Procesos en el mismo estado

Cola de procesos listos

– en muchos sistemas, proceso en ejecución también está en ella

Cola de procesos bloqueados. Alternativas de diseño:

– Una para todos los bloqueados: Ineficiente – Una por evento (p. ej. Linux): gasto de memoria tolerable

– Varios eventos por cola (UNIX System V)

Si proceso en 1 cola en cada instante: basta con puntero en PCB

En Linux, colas de bloqueados: wait queues

– No usan puntero del PCB, incluyen el puntero al siguiente

Cambio de estado implica pasar el PCB de una cola a otra


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Scheduler “long-term”

• Job scheduler • Selecciona que

procesos seránpuestos en la cola delistos.

• Requerido con pocafrecuencia (en seg)

• Puede ser lento• Controla el “grado demultiprogramacion”

Scheduler “short- term”

• Cpu Scheduler • Selecciona que

procesos será elsiguiente en ejecutarse

• Requerido muyfrecuentemente (enmiliseg.)

• Debe ser rapido

Schedulers o Planificadores


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1

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5

9 7

8

6

User Running

return to user

sys. callinterrupt

return

Kernel Running

Preempted

Ready to Runin Memory

interrupt,interrupt return

Zombie

exit

sleep

Asleep inMemory

swap out

Sleep, Swapped Ready to Run, Swapped

swapin

swapout

enough memory

fork

not enough memory(swapping system only)

wake up

wake up

rescheduleprocess

Diagrama Estados y Transiciones de un proceso en Unix


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Viendo todos los procesos en *nix

ps au o ps aux

– Muestra todos los procesos ps au

USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND

bart 3039 0.0 0.2 5916 1380 pts/2 S 14:35 0:00 /bin/bashbart 3134 0.0 0.2 5388 1380 pts/3 S 14:36 0:00 /bin/bashbart 3190 0.0 0.2 6368 1360 pts/4 S 14:37 0:00 /bin/bash

bart 3416 0.0 0.0 0 0 pts/2 W 15:07 0:00 [bash]

PID: Process idVSZ: Virtual process size (code + data + stack)RSS: Process resident size: number of KB currently in RAMTTY: Terminal

STAT: Status: R (Runnable), S (Sleep), W (paging), Z (Zombie)...


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Diagrama de estados de Microsoft


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Las interrupciones

Altera secuencia procesador ejecuta las instrucciones

Interrupción generada por el hardware del sistema

IA-32 tiene un IDT con 256 entradas

32 (0 - 31) predefinidas y reservadas

224 (32 - 255) definidas por el usuario

Cada interrupcion esta asociado con un codigo o rutina atraves del IDT

1. Proceso en ejecucion hasta la interrupcion

2. Captura el estado, intercambia el controly encuentra la rutina

3. Ejecuta la rutina respectiva

4. Restaura el proceso interrumpido

5. Continua la ejecucion

usuario

kernelIDT:

Interrupcion al disco (x) Rutina de interrupcion


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Threads / Hilos / Procesos ligeros

!upongamos un proceso "ue reali#a dos actividadesparaleli#a$les% &!er'a interesante convertirlo en dosprocesos(

A

BA B¿ ?

!i sistema es multiprocesador

!i sistema no multiprocesador

A0 B0 A1 B1 A2 B2 A3 B3 A4 B4Un núcleo

A0 A1 A2 A3 A4Núcleo 1

B0 B1 B2 B3 B4Núcleo 2


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Procesador Sun UltraSPARC T1


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Concepto moderno de proceso:

Contiene múltiples flujos de ejecución (threads o procs. ligeros)

El proceso se corresponde con un entorno de ejecución: Un mapa de memoria

Un conjunto de recursos asociados (ficheros, semáforos, ...)

Un conjunto de threads

Proceso tiene un thread implícito: el flujo de ejecución inicial Threads de un mismo proceso comparten:

Mapa de memoria (código, datos, zonas de mem. compartida, ...)

Recursos asociados al proceso (ficheros, semáforos, ...)

Cada thread tiene recursos propios:

Una pila, un estado y una copia del contenido de los regs.

Colas de listos y bloqueo contienen threads en vez deprocesos

Threads / Hilos / Procesos ligeros


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Multithreading vs. Singlethreading

Multithreading

– Cuando el SO soporta múltiple threads de ejecución,dentro de un solo proceso.

Single threading

– Cuando el SO no reconoce el concepto de thread.MS-DOS soporta un solo proceso de usuario.

Los sistemas UNIX tradicionales soportan múltiples procesos

de usuario pero sólo soporta un thread por proceso.Solaris soporta múltiples threads.


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Procesos / Hilos

Un proceso,1 hilo Un proceso, varios hilos

Multiprocesos,1 hilo Multiprocesos, multihilos

MS/DOS Tradicional UNI

Sistemas embeddedVxworks, Java OS Mach, OS/2, Linux, Win NT a XP, Solaris


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Beneficios de los threads

Toma menos tiempo crear un nuevo thread que un proceso.

Toma menos tiempo terminar un thread que un proceso.

Toma menos tiempo cambiar entre dos thread dentro delmismo proceso.

Capacidad de Respuesta. Continuidad de ejecución en determinados escenarios.

Compartición de recursos.


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Ejemplos

Ejemplo 1. Una aplicación.

– Un thread puede estar mostrando la visualización de

menús.

– Otro leyendo la entrada del usuario.

– Mientras que otro thread ejecuta comandos del usuario.

Ejemplo 2: Explorador Web.

– Un thread por acción requerida.

– Descarga de imágenes.

– Ingreso de datos en un formulario.

– Interacción con el usuario.


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Ejemplo de hilos

Ejemplo3. Word - Procesador de texto con 3 hilos

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