Fundamentos de Sistemas Operativos: Procesos, Concurrencia y Planificación

Conceptos Fundamentales de Sistemas Operativos

Definiciones Básicas

SO (Sistema Operativo): Software que gestiona los recursos de hardware y proporciona un nivel de abstracción de alto nivel al usuario.

Procesos: Programas en ejecución.

Sistemas Multitarea: Permiten la ejecución simultánea de múltiples programas.

Sistemas Multiusuario: Permiten el acceso de múltiples usuarios al mismo tiempo.

Intérprete de Comandos (Cmds): Interfaz de usuario para ejecutar comandos.

Llamadas al Sistema: Interfaces utilizadas por los programas para solicitar servicios al sistema operativo (API).

Tipos de Sistemas Operativos

Sistemas Monoprogramables: Solo un trabajo en memoria a la vez. La CPU no se utiliza durante las operaciones de E/S, lo que provoca inactividad.

Sistemas de Tiempo Compartido: Varios terminales conectados a una computadora central, permitiendo el uso alterno de la CPU por múltiples procesos.

Procesos y Programas

Proceso: Conjunto de instrucciones asociadas a un estado.

Programa: Conjunto de instrucciones que se desean ejecutar.

Estados de los Procesos: NUEVO / LISTO / EJECUCIÓN / BLOQUEADO / TERMINADO.

Concurrencia de Aplicaciones: Competencia entre aplicaciones por recursos, utilizando hilos y/o procesos secundarios concurrentes.

Exclusión Mutua y Concurrencia

Exclusión Mutua: Mecanismo que garantiza que dos o más procesos concurrentes no accedan al mismo recurso compartido simultáneamente. Se puede implementar por hardware (inhibición de interrupciones, instrucción TSL) o software (con espera activa o sin espera activa).

Espera Bloqueada: El proceso permanece en estado bloqueado hasta que el recurso es liberado.

Espera Ocupada: El proceso vuelve continuamente al estado listo hasta que puede utilizar el recurso.

Contexto y Cambio de Contexto

Contexto: Parte del estado del proceso, definido por los registros de la CPU.

Cambio de Contexto: Guardar los registros del proceso actual (contexto) y cargar un nuevo contexto en el Bloque de Control de Proceso (BCP).

Hilos y Planificación

Hilo (Thread): Flujo de ejecución alternativo dentro de un proceso, permitiendo ejecutar dos o más instrucciones en paralelo (simultáneamente).

Planificadores (Schedulers):

• Planificador a Corto Plazo: Decide qué proceso en la cola de listos pasa a la CPU.
• Planificador a Largo Plazo: Decide qué nuevos procesos pasan a la cola de listos.

Planificación Preventiva: El sistema puede detener un proceso en ejecución y sacarlo de la CPU.

Planificación No Preventiva: El proceso en ejecución no puede ser detenido hasta que finaliza o libera la CPU voluntariamente.

Quantum: Tiempo máximo que un proceso puede estar en ejecución en la CPU. Un quantum muy corto genera mucha conmutación, mientras que uno muy largo puede causar inactividad de la CPU.