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Round-robin es un método para seleccionar todos los elementos en un grupo de manera equitativa y en un orden racional, normalmente comenzando por el primer elemento de la lista hasta llegar al último y empezando de nuevo desde el primer elemento. El nombre del algoritmo viene del principio de Round-Robin conocido de otros campos, donde cada persona toma una parte de un algo compartido en cantidades parejas.
Una forma sencilla de entender el Round-robin es imaginar una secuencia para "tomar turnos". En operaciones computacionales, un método para ejecutar diferentes procesos de manera concurrente, para la utilización equitativa de los recursos del equipo, es limitando cada proceso a un pequeño período (quantum), y luego suspendiendo este proceso para dar oportunidad a otro proceso y así sucesivamente. A esto se le denomina comúnmente como Planificación Round-Robin.
Suponga que hay tres procesos y se desea averiguar cuanto tarda.
proceso A: 3 veces
proceso B: 4 veces
proceso C: 5 veces
siguiendo tp = tProceso + [(tProceso ultimo - tProceso) - (tProceso ultimo - tProceso proximo)] + tProceso \!
¯tw = 5,66: Tiempos de proceso y de espera según la planificación RR.
Vemos que el tiempo de espera podría ser inferior, por ejemplo 3 unidades para el algoritmo SJF. Si tenemos n procesos, y un Quantum de tiempo de q, el resultado es que cada trabajo recibe 1/n de tiempo de CPU en Quantum's de q unidades. Ningún proceso debe esperar más de (n − 1)q unidades de tiempo antes de recibir servicio. El rendimiento del algoritmo depende mucho del tamaño del Quantum. Si se utiliza un valor muy grande el algoritmo tiende a degenerar hacia el FCFS. Si el tamaño del Quantum es muy pequeño, el costo de los constantes cambios de contexto degrada mucho el rendimiento del procesador. Hay que tener en cuenta que el porcentaje relativo de cambio de contexto respecto al cuanto, es el porcentaje relativo de pérdida de la CPU. Una regla empírica dice que el cuanto de tiempo debe ser inferior al 80 % de las ráfagas de CPU.
Una forma sencilla de entender el Round-robin es imaginar una secuencia para "tomar turnos". En operaciones computacionales, un método para ejecutar diferentes procesos de manera concurrente, para la utilización equitativa de los recursos del equipo, es limitando cada proceso a un pequeño período (quantum), y luego suspendiendo este proceso para dar oportunidad a otro proceso y así sucesivamente. A esto se le denomina comúnmente como Planificación Round-Robin.
Aplicación circular
Round-robin es un algoritmo de planificación de procesos simple de implementar, dentro de un sistema operativo se asigna a cada proceso una porción de tiempo equitativa y ordenada, tratando a todos los procesos con la misma prioridad. En Sistemas operativos, la planificación Round-robin da un tiempo máximo de uso de CPU a cada proceso, pasado el cual es desalojado y retornado al estado de listo, la lista de procesos se planifica por FIFO, del inglés "First In, First Out" (primero en entrar, primero en salir o primero llegado, primero atendido).Pasos de ciclos
Para averiguar los pasos de ciclos de procesos totales se toman todos los números de procesos y se calculan con los procesos necesarios para la realización de estos...Suponga que hay tres procesos y se desea averiguar cuanto tarda.
proceso A: 3 veces
proceso B: 4 veces
proceso C: 5 veces
siguiendo tp = tProceso + [(tProceso ultimo - tProceso) - (tProceso ultimo - tProceso proximo)] + tProceso \!
Planificación circular
Este algoritmo de planificación, conocido por Round robin, está diseñado especialmente para sistemas de tiempo compartido. Se define un intervalo de tiempo denominado "Quantum", cuya duración varía según el sistema. La cola de procesos se estructura como una cola circular. El planificador la recorre asignando un cuanto de tiempo a cada proceso. La organización de la cola es FIFO. El Quantum se suele implantar mediante un temporizador que genera una interrupción cuando se agota el Quantum de tiempo. Si el proceso agota su ráfaga de CPU antes de finalizar el Quantum, el planificador asigna la CPU inmediatamente a otro proceso. Este algoritmo tiene un tiempo de espera relativamente grande. Sin embargo, garantiza un reparto de la CPU entre todos los usuarios y arroja tiempos de respuesta buenos. Como ejemplo, supongamos los siguientes tres procesos en un instante en el sistema: Proceso Duración de la ráfaga tw P1 24 6 P2 3 4 P3 3 7¯tw = 5,66: Tiempos de proceso y de espera según la planificación RR.
Vemos que el tiempo de espera podría ser inferior, por ejemplo 3 unidades para el algoritmo SJF. Si tenemos n procesos, y un Quantum de tiempo de q, el resultado es que cada trabajo recibe 1/n de tiempo de CPU en Quantum's de q unidades. Ningún proceso debe esperar más de (n − 1)q unidades de tiempo antes de recibir servicio. El rendimiento del algoritmo depende mucho del tamaño del Quantum. Si se utiliza un valor muy grande el algoritmo tiende a degenerar hacia el FCFS. Si el tamaño del Quantum es muy pequeño, el costo de los constantes cambios de contexto degrada mucho el rendimiento del procesador. Hay que tener en cuenta que el porcentaje relativo de cambio de contexto respecto al cuanto, es el porcentaje relativo de pérdida de la CPU. Una regla empírica dice que el cuanto de tiempo debe ser inferior al 80 % de las ráfagas de CPU.
El Algoritmo del banquero, en sistemas operativos es una forma de evitar el interbloqueo, propuesta por primera vez por Edsger Dijkstra. Es un acercamiento teórico para evitar los interbloqueos en la planificación de recursos. Requiere conocer con anticipación los recursos que serán utilizados por todos los procesos. Esto último generalmente no puede ser satisfecho en la práctica.
Este algoritmo usualmente es explicado usando la analogía con el funcionamiento de un banco. Los clientes representan a los procesos, que tienen un crédito límite, y el dinero representa a los recursos. El banquero es el sistema operativo.
El banco confía en que no tendrá que permitir a todos sus clientes la utilización de todo su crédito a la vez. El banco también asume que si un cliente maximiza su crédito será capaz de terminar sus negocios y devolver el dinero a la entidad, permitiendo servir a otros clientes.
El algoritmo mantiene al sistema en un estado seguro. Un sistema se encuentra en un estado seguro si existe un orden en que pueden concederse las peticiones de recursos a todos los procesos, previniendo el interbloqueo. El algoritmo del banquero funciona encontrando estados de este tipo.
Los procesos piden recursos, y son complacidos siempre y cuando el sistema se mantenga en un estado seguro después de la concesión. De lo contrario, el proceso es suspendido hasta que otro proceso libere recursos suficientes.
Se deben utilizar cuatro estructuras de datos para implementar el algoritmo del banquero. Estas codifican el estado del sistema de asignación de recursos. Sea n, el número de procesos del sistema, m el número de tipos de recursos. Se necesita:
Recursos (Available, disponible): Un vectores de longitud m que mantiene la cantidad total de recursos, de cada tipo, que pueden ser utilizados por los procesos. De esta forma, Recursos[i] = k significa que hay una cantidad total k de recursos tipo R_i disponibles.
Demanda (Max): Esta matriz, n\times m, guarda las cantidades máximas de recursos de cada tipo que pueden ser demandadas por cada proceso. Si Max[i][j]=k, el proceso i, puede solicitar, como máximo k instancias del recurso j.
Asignación (allocation): En esta matriz, n x m, número de recursos de cada tipo actualmente asignados a cada proceso. Asignación[i][j] = k significa que el proceso i tiene asignado k unidades del recurso j.
Necesidad (need): Una matriz, n x m, que indica la necesidad restante de recursos de cada proceso. Si Necesidad[i][j] = k, entonces el proceso i puede necesitar k instancias del tipo de recurso j. Observe que Necesidad[i][j] = Max[i][j] - Asignación[i][j].
En términos de complejidad, el algoritmo del banquero es de orden O(n2 × m), donde n es el número de procesos y m la cantidad de recursos.
Este algoritmo usualmente es explicado usando la analogía con el funcionamiento de un banco. Los clientes representan a los procesos, que tienen un crédito límite, y el dinero representa a los recursos. El banquero es el sistema operativo.
El banco confía en que no tendrá que permitir a todos sus clientes la utilización de todo su crédito a la vez. El banco también asume que si un cliente maximiza su crédito será capaz de terminar sus negocios y devolver el dinero a la entidad, permitiendo servir a otros clientes.
El algoritmo mantiene al sistema en un estado seguro. Un sistema se encuentra en un estado seguro si existe un orden en que pueden concederse las peticiones de recursos a todos los procesos, previniendo el interbloqueo. El algoritmo del banquero funciona encontrando estados de este tipo.
Los procesos piden recursos, y son complacidos siempre y cuando el sistema se mantenga en un estado seguro después de la concesión. De lo contrario, el proceso es suspendido hasta que otro proceso libere recursos suficientes.
Estructuras y complejidad
Se deben utilizar cuatro estructuras de datos para implementar el algoritmo del banquero. Estas codifican el estado del sistema de asignación de recursos. Sea n, el número de procesos del sistema, m el número de tipos de recursos. Se necesita:
Recursos (Available, disponible): Un vectores de longitud m que mantiene la cantidad total de recursos, de cada tipo, que pueden ser utilizados por los procesos. De esta forma, Recursos[i] = k significa que hay una cantidad total k de recursos tipo R_i disponibles.
Demanda (Max): Esta matriz, n\times m, guarda las cantidades máximas de recursos de cada tipo que pueden ser demandadas por cada proceso. Si Max[i][j]=k, el proceso i, puede solicitar, como máximo k instancias del recurso j.
Asignación (allocation): En esta matriz, n x m, número de recursos de cada tipo actualmente asignados a cada proceso. Asignación[i][j] = k significa que el proceso i tiene asignado k unidades del recurso j.
Necesidad (need): Una matriz, n x m, que indica la necesidad restante de recursos de cada proceso. Si Necesidad[i][j] = k, entonces el proceso i puede necesitar k instancias del tipo de recurso j. Observe que Necesidad[i][j] = Max[i][j] - Asignación[i][j].
En términos de complejidad, el algoritmo del banquero es de orden O(n2 × m), donde n es el número de procesos y m la cantidad de recursos.
CISC nació con la finalidad de homogeneizar los diferentes computadores en los años 50 y 60. RISC buscó en los 70 ir un paso más allá y mejorar el rendimiento con instrucciones más simples pero programas más largos y más difíciles de desarrollar.
Tanto CISC como RISC han evolucionado de forma muy notable desde su nacimiento, adoptando mejoras provenientes del contrario en ambos casos y nuevos conjuntos de instrucciones para adaptarse a los usos de los ordenadores. Si bien es cierto que en la época de su creación la diferencia era muy amplia – principalmente debido a las limitaciones técnicas de la época tanto en tamaño de memoria como en velocidad de proceso -, en la actual informática moderna los requisitos son muy diferentes. Los límites en capacidad de almacenamiento son casi inexistentes y los procesadores son capaces de ejecutar millones de instrucciones en un solo segundo.
La gran batalla actual es la de sus dos grandes exponentes, ARM y x86, que han actualizado sus objetivos a lo que les importa a los usuarios del siglo XXI. Veremos que el punto fuerte de ARM está en la eficiencia energética. Un chip ARM consume mucha menos energía que un procesador x86 que tiene en su alto rendimiento su gran virtud, a costa de consumir bastante más energía.
Tanto CISC como RISC han evolucionado de forma muy notable desde su nacimiento, adoptando mejoras provenientes del contrario en ambos casos y nuevos conjuntos de instrucciones para adaptarse a los usos de los ordenadores. Si bien es cierto que en la época de su creación la diferencia era muy amplia – principalmente debido a las limitaciones técnicas de la época tanto en tamaño de memoria como en velocidad de proceso -, en la actual informática moderna los requisitos son muy diferentes. Los límites en capacidad de almacenamiento son casi inexistentes y los procesadores son capaces de ejecutar millones de instrucciones en un solo segundo.
En arquitectura computacional, CISC (del inglés Complex Instruction Set Computer, en español Computador con Conjunto de Instrucciones Complejas) es un modelo de arquitectura de computadores. Los microprocesadores CISC tienen un conjunto de instrucciones que se caracteriza por ser muy amplio y permitir operaciones complejas entre operandos situados en la memoria o en los registros internos, en contraposición a la arquitectura RISC.
Este tipo de arquitectura dificulta el paralelismo entre instrucciones, por lo que, en la actualidad, la mayoría de los sistemas CISC de alto rendimiento implementan un sistema que convierte dichas instrucciones complejas en varias instrucciones simples del tipo RISC, llamadas generalmente microinstrucciones.
Los CISC pertenecen a la primera corriente de construcción de procesadores, antes del desarrollo de los RISC. Ejemplos de ellos son: Motorola 68000, Zilog Z80 y toda la familia Intel x86, AMD x86-64 usada en la mayoría de las computadoras personales actuales.
Hay que hacer notar, sin embargo que la utilización del término CISC comenzó tras la aparición de los procesadores RISC como nomenclatura despectiva por parte de los defensores/creadores de éstos últimos. Véase Retrónimo.
Este tipo de arquitectura dificulta el paralelismo entre instrucciones, por lo que, en la actualidad, la mayoría de los sistemas CISC de alto rendimiento implementan un sistema que convierte dichas instrucciones complejas en varias instrucciones simples del tipo RISC, llamadas generalmente microinstrucciones.
Los CISC pertenecen a la primera corriente de construcción de procesadores, antes del desarrollo de los RISC. Ejemplos de ellos son: Motorola 68000, Zilog Z80 y toda la familia Intel x86, AMD x86-64 usada en la mayoría de las computadoras personales actuales.
Hay que hacer notar, sin embargo que la utilización del término CISC comenzó tras la aparición de los procesadores RISC como nomenclatura despectiva por parte de los defensores/creadores de éstos últimos. Véase Retrónimo.
En arquitectura computacional, RISC (del inglés Reduced Instruction Set Computer, en español Computador con Conjunto de Instrucciones Reducidas) es un tipo de diseño de CPU generalmente utilizado en microprocesadores o microcontroladores con las siguientes características fundamentales:
Además estos procesadores suelen disponer de muchos registros de propósito general.
El objetivo de diseñar máquinas con esta arquitectura es posibilitar la segmentación y el paralelismo en la ejecución de instrucciones y reducir los accesos a memoria. Las máquinas RISC protagonizan la tendencia actual de construcción de microprocesadores. PowerPC, DEC Alpha, MIPS, ARM, SPARC son ejemplos de algunos de ellos.
RISC es una filosofía de diseño de CPU para computadora que está a favor de conjuntos de instrucciones pequeñas y simples que toman menor tiempo para ejecutarse. El tipo de procesador más comúnmente utilizado en equipos de escritorio, el x86, está basado en CISC en lugar de RISC, aunque las versiones más nuevas traducen instrucciones basadas en CISC x86 a instrucciones más simples basadas en RISC para uso interno antes de su ejecución.
La idea fue inspirada por el hecho de que muchas de las características que eran incluidas en los diseños tradicionales de CPU para aumentar la velocidad estaban siendo ignoradas por los programas que eran ejecutados en ellas. Además, la velocidad del procesador en relación con la memoria de la computadora que accedía era cada vez más alta. Esto conllevó la aparición de numerosas técnicas para reducir el procesamiento dentro del CPU, así como de reducir el número total de accesos a memoria.
Terminología más moderna se refiere a esos diseños como arquitecturas de carga-almacenamiento.
- Instrucciones de tamaño fijo y presentadas en un reducido número de formatos.
- Sólo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria de datos.
Además estos procesadores suelen disponer de muchos registros de propósito general.
El objetivo de diseñar máquinas con esta arquitectura es posibilitar la segmentación y el paralelismo en la ejecución de instrucciones y reducir los accesos a memoria. Las máquinas RISC protagonizan la tendencia actual de construcción de microprocesadores. PowerPC, DEC Alpha, MIPS, ARM, SPARC son ejemplos de algunos de ellos.
RISC es una filosofía de diseño de CPU para computadora que está a favor de conjuntos de instrucciones pequeñas y simples que toman menor tiempo para ejecutarse. El tipo de procesador más comúnmente utilizado en equipos de escritorio, el x86, está basado en CISC en lugar de RISC, aunque las versiones más nuevas traducen instrucciones basadas en CISC x86 a instrucciones más simples basadas en RISC para uso interno antes de su ejecución.
La idea fue inspirada por el hecho de que muchas de las características que eran incluidas en los diseños tradicionales de CPU para aumentar la velocidad estaban siendo ignoradas por los programas que eran ejecutados en ellas. Además, la velocidad del procesador en relación con la memoria de la computadora que accedía era cada vez más alta. Esto conllevó la aparición de numerosas técnicas para reducir el procesamiento dentro del CPU, así como de reducir el número total de accesos a memoria.
Terminología más moderna se refiere a esos diseños como arquitecturas de carga-almacenamiento.
El algoritmo SJF (Shortest-Job-First) se basa en los ciclos de vida de los procesos, los cuales transcurren en dos etapas o periodos que son: ciclos de CPU y ciclos de entrada/salida, también conocidos por ráfagas.
La palabra shortest (el más corto) se refiere al proceso que tenga el el próximo ciclo de CPU mas corto. La idea es escoger entre todos los procesos listos el que tenga su próximo ciclo de CPU más pequeño. El SJF se puede comportar de dos formas:
Con Desalojo: Si se incorpora un nuevo proceso a la cola de listos y este tiene un ciclo de CPU menor que el ciclo de CPU del proceso que se está ejecuando,entonces dicho proceso es desalojado y el nuevo proceso toma la CPU.
Sin desalojo: Cuando un proceso toma la CPU, ningún otro proceso podrá apropiarse de ella hasta que que el proceso que la posee termine de ejecutarce.
La palabra shortest (el más corto) se refiere al proceso que tenga el el próximo ciclo de CPU mas corto. La idea es escoger entre todos los procesos listos el que tenga su próximo ciclo de CPU más pequeño. El SJF se puede comportar de dos formas:
Con Desalojo: Si se incorpora un nuevo proceso a la cola de listos y este tiene un ciclo de CPU menor que el ciclo de CPU del proceso que se está ejecuando,entonces dicho proceso es desalojado y el nuevo proceso toma la CPU.
Sin desalojo: Cuando un proceso toma la CPU, ningún otro proceso podrá apropiarse de ella hasta que que el proceso que la posee termine de ejecutarce.
Según Coffman, para que se pueda producir un interbloqueo se tienen que dar las siguientes cuatro condiciones:
Las tres primeras condiciones son necesarias, pero no suficientes para que exista interbloqueo. Sólo las cuatro condiciones en conjunto constituyen una condición necesaria y suficiente para el interbloqueo.
Existen diversas estrategias frente a los interbloqueos, que se pueden agrupar en:
- Exclusión mutua: cada recurso está asignado a un único proceso de manera exclusiva.
- Retención y espera: los procesos que tienen, en un momento dado, recursos asignados con anterioridad, pueden solicitar nuevos recursos y esperar a que se le asignen sin liberar antes alguno de los recursos que ya tenía asignados.
- No apropiación: los recursos otorgados con anterioridad no pueden ser forzados a dejar un proceso. El proceso que los posee debe liberarlos en forma explícita. Ni siquiera el sistema operativo puede expropiárselo.
- Espera circular: debe existir una cadena circular de dos o más procesos, cada uno de los cuales espera un recurso poseído por el siguiente miembro de la cadena. Esta condición es una consecuencia potencial de las tres primeras, es decir, dado que se producen las tres primeras condiciones, puede ocurrir una secuencia de eventos que desemboque en un círculo vicioso de espera irresoluble.
Las tres primeras condiciones son necesarias, pero no suficientes para que exista interbloqueo. Sólo las cuatro condiciones en conjunto constituyen una condición necesaria y suficiente para el interbloqueo.
Estrategias
Existen diversas estrategias frente a los interbloqueos, que se pueden agrupar en:
- Omisión
- Detección y recuperación
- Prevención
- Predicción
En sistemas operativos, el bloqueo mutuo (también conocido como interbloqueo, traba mortal, deadlock, abrazo mortal) es el bloqueo permanente de un conjunto de procesos o hilos de ejecución en un sistema concurrente que compiten por recursos del sistema o bien se comunican entre ellos. A diferencia de otros problemas de concurrencia de procesos, no existe una solución general para los interbloqueos.
Todos los interbloqueos surgen de necesidades que no pueden ser satisfechas, por parte de dos o más procesos. En la vida real, un ejemplo puede ser el de dos niños que intentan jugar al arco y flecha, uno toma el arco, el otro la flecha. Ninguno puede jugar hasta que alguno libere lo que tomó.
En el siguiente ejemplo, dos procesos compiten por dos recursos que necesitan para funcionar, que sólo pueden ser utilizados por un proceso a la vez. El primer proceso obtiene el permiso de utilizar uno de los recursos (adquiere el lock sobre ese recurso). El segundo proceso toma el lock del otro recurso, y luego intenta utilizar el recurso ya utilizado por el primer proceso, por lo tanto queda en espera. Cuando el primer proceso a su vez intenta utilizar el otro recurso, se produce un interbloqueo, donde los dos procesos esperan la liberación del recurso que utiliza el otro proceso.
Todos los interbloqueos surgen de necesidades que no pueden ser satisfechas, por parte de dos o más procesos. En la vida real, un ejemplo puede ser el de dos niños que intentan jugar al arco y flecha, uno toma el arco, el otro la flecha. Ninguno puede jugar hasta que alguno libere lo que tomó.
En el siguiente ejemplo, dos procesos compiten por dos recursos que necesitan para funcionar, que sólo pueden ser utilizados por un proceso a la vez. El primer proceso obtiene el permiso de utilizar uno de los recursos (adquiere el lock sobre ese recurso). El segundo proceso toma el lock del otro recurso, y luego intenta utilizar el recurso ya utilizado por el primer proceso, por lo tanto queda en espera. Cuando el primer proceso a su vez intenta utilizar el otro recurso, se produce un interbloqueo, donde los dos procesos esperan la liberación del recurso que utiliza el otro proceso.
Dependiendo de la función que cumple el semáforo, vamos a diferenciar los siguientes tipos:
Debido a estos inconvenientes, se desarrollaron los monitores.
- Semáforo de exclusión mutua, inicialmente su contador vale 1 y permite que haya un único proceso simultáneamente dentro de la sección crítica.
- Semáforo contador, permiten llevar la cuenta del número de unidades de recurso compartido disponible, que va desde 0 hasta N.
- Semáforo de espera, generalmente se emplea para forzar que un proceso pase a estado bloqueado hasta que se cumpla la condición que le permite ejecutarse. Por lo general, el contador vale 0 inicialmente, no obstante, podría tener un valor distinto de cero.
Ventajas e inconvenientes
La principal ventaja de los semáforos frente a los cerrojos es que permiten sincronizar dos o más procesos de manera que no se desperdician recursos de CPU realizando comprobaciones continuadas de la condición que permite progresar al proceso.- Los inconvenientes asociados al uso de semáforos son los siguientes:
- Los programadores tienden a usarlos incorrectamente, de manera que no resuelven de manera adecuada el problema de concurrencia o dan lugar a interbloqueos.
- No hay nada que obligue a los programadores a usarlos.
- Los compiladores no ofrecen ningún mecanismo de comprobación sobre el correcto uso de los semáforos.
- Son independientes del recurso compartido al que se asocian.
Debido a estos inconvenientes, se desarrollaron los monitores.
Un semáforo es una variable especial (o tipo abstracto de datos) que constituye el método clásico para restringir o permitir el acceso a recursos compartidos (por ejemplo, un recurso de almacenamiento del sistema o variables del código fuente) en un entorno de multiprocesamiento (en el que se ejecutarán varios procesos concurrentemente). Fueron inventados por Edsger Dijkstra en 1965 y se usaron por primera vez en el sistema operativo THEOS
Estas instrucciones pueden modificarse para evitar la espera activa, haciendo que la operación P duerma al mismo proceso que la ejecuta si no puede decrementar el valor, mientras que la operación V despierta a un proceso que no es quien la ejecuta. En un pseudolenguaje más entendible, la operación P suele denominarse "wait" o "espera" y la operación V "signal" o "señal".
El porqué de los nombres de estas funciones, V y P, tiene su origen en el idioma holandés. "Verhogen" significa incrementar y "Proberen" probar, aunque Dijkstra usó la palabra inventada prolaag , que es una combinación de probeer te verlagen (intentar decrementar). El valor del semáforo es el número de unidades del recurso que están disponibles (si sólo hay un recurso, se utiliza un "semáforo binario" cuyo valor inicial es 1).
La verificación y modificación del valor, así como la posibilidad de irse a dormir (bloquerse) se realiza en conjunto, como una sola e indivisible acción atómica. El sistema operativo garantiza que al iniciar una operación con un semáforo, ningún otro proceso puede tener acceso al semáforo hasta que la operación termine o se bloquee. Esta atomicidad es absolutamente esencial para resolver los problemas de sincronización y evitar condiciones de competencia.
Si hay n recursos, se inicializará el semáforo al número n. Así, cada proceso, al ir solicitando un recurso, verificará que el valor del semáforo sea mayor de 0; si es así es que existen recursos libres, seguidamente acaparará el recurso y decrementará el valor del semáforo.
Cuando el semáforo alcance el valor 0, significará que todos los recursos están siendo utilizados, y los procesos que quieran solicitar un recurso deberán esperar a que el semáforo sea positivo, esto es: alguno de los procesos que están usando los recursos habrá terminado con él e incrementará el semáforo con un signal o V(s).
Inicia se utiliza para inicializar el semáforo antes de que se hagan peticiones sobre él, y toma por argumento a un entero. La operación P cuando no hay un recurso disponible, detiene la ejecución quedando en espera activa (o durmiendo) hasta que el valor del semáforo sea positivo, en cuyo caso lo reclama inmediatamente decrementándolo. V es la operación inversa: hace disponible un recurso después de que el proceso ha terminado de usarlo. Las operaciones P y V han de ser indivisibles (o atómicas), lo que quiere decir que cada una de las operaciones no debe ser interrumpida en medio de su ejecución.
La operación V es denominada a veces subir el semáforo (up) y la operación P se conoce también como bajar el semáforo (down), y también son llamadas signal y wait o soltar y tomar.
Para evitar la espera activa, un semáforo puede tener asociada una cola de procesos (normalmente una cola FIFO). Si un proceso efectúa una operación P en un semáforo que tiene valor cero, el proceso es detenido y añadido a la cola del semáforo. Cuando otro proceso incrementa el semáforo mediante la operación V y hay procesos en la cola asociada, se extrae uno de ellos (el primero que entró en una cola FIFO) y se reanuda su ejecución
Estas instrucciones pueden modificarse para evitar la espera activa, haciendo que la operación P duerma al mismo proceso que la ejecuta si no puede decrementar el valor, mientras que la operación V despierta a un proceso que no es quien la ejecuta. En un pseudolenguaje más entendible, la operación P suele denominarse "wait" o "espera" y la operación V "signal" o "señal".
El porqué de los nombres de estas funciones, V y P, tiene su origen en el idioma holandés. "Verhogen" significa incrementar y "Proberen" probar, aunque Dijkstra usó la palabra inventada prolaag , que es una combinación de probeer te verlagen (intentar decrementar). El valor del semáforo es el número de unidades del recurso que están disponibles (si sólo hay un recurso, se utiliza un "semáforo binario" cuyo valor inicial es 1).
La verificación y modificación del valor, así como la posibilidad de irse a dormir (bloquerse) se realiza en conjunto, como una sola e indivisible acción atómica. El sistema operativo garantiza que al iniciar una operación con un semáforo, ningún otro proceso puede tener acceso al semáforo hasta que la operación termine o se bloquee. Esta atomicidad es absolutamente esencial para resolver los problemas de sincronización y evitar condiciones de competencia.
Si hay n recursos, se inicializará el semáforo al número n. Así, cada proceso, al ir solicitando un recurso, verificará que el valor del semáforo sea mayor de 0; si es así es que existen recursos libres, seguidamente acaparará el recurso y decrementará el valor del semáforo.
Cuando el semáforo alcance el valor 0, significará que todos los recursos están siendo utilizados, y los procesos que quieran solicitar un recurso deberán esperar a que el semáforo sea positivo, esto es: alguno de los procesos que están usando los recursos habrá terminado con él e incrementará el semáforo con un signal o V(s).
Inicia se utiliza para inicializar el semáforo antes de que se hagan peticiones sobre él, y toma por argumento a un entero. La operación P cuando no hay un recurso disponible, detiene la ejecución quedando en espera activa (o durmiendo) hasta que el valor del semáforo sea positivo, en cuyo caso lo reclama inmediatamente decrementándolo. V es la operación inversa: hace disponible un recurso después de que el proceso ha terminado de usarlo. Las operaciones P y V han de ser indivisibles (o atómicas), lo que quiere decir que cada una de las operaciones no debe ser interrumpida en medio de su ejecución.
La operación V es denominada a veces subir el semáforo (up) y la operación P se conoce también como bajar el semáforo (down), y también son llamadas signal y wait o soltar y tomar.
Para evitar la espera activa, un semáforo puede tener asociada una cola de procesos (normalmente una cola FIFO). Si un proceso efectúa una operación P en un semáforo que tiene valor cero, el proceso es detenido y añadido a la cola del semáforo. Cuando otro proceso incrementa el semáforo mediante la operación V y hay procesos en la cola asociada, se extrae uno de ellos (el primero que entró en una cola FIFO) y se reanuda su ejecución
Los diferentes estados por los cuales pasa un proceso en un sistema operativo, son los siguientes:
- Nuevo: Es cuando la creación del proceso es solicitada en espera de la asignación de los recursos necesarios para su ejecución. Por ejemplo, la asignación de memoria RAM para su correcto funcionamiento.
- Listo: Después de pasar por el estado nuevo, el proceso es creado y se agrega a la lista de procesos listos en espera para su ejecución.
- En ejecución: De acuerdo al tipo de algoritmo utilizado para la selección de procesos a ejecutar, se seleccionara de la lista de procesos Listos para su ejecución, el tiempo que permanecerá en este estado será respecto al algoritmo seleccionado, el cual puede ser por ejemplo: hasta que se termine su tiempo de vida o el quantum seleccionado para dicho proceso.
- Bloqueado: En este estado entran los procesos que han sido bloqueados de cualquiera de los anteriores estados. Saldrán de acuerdo a su selección hacia la lista de Listos.
- Terminado: En este estado entran los procesos que han finalizado o bien han sido eliminados. Las estructuras de estos procesos estarán en espera de ser limpiadas por el sistema operativo.
Un proceso puede informalmente entenderse como un programa en ejecución. Formalmente un proceso es "Una unidad de actividad que se caracteriza por la ejecución de una secuencia de instrucciones, un estado actual, y un conjunto de recursos del sistema asociados".1
Para entender lo que es un proceso y la diferencia entre un programa y un proceso, A. S. Tanenbaum propone la analogía "Un científico computacional con mente culinaria hornea un pastel de cumpleaños para su hija; tiene la receta para un pastel de cumpleaños y una cocina bien equipada con todos los ingredientes necesarios, harina, huevo, azúcar, leche, etcétera." Situando cada parte de la analogía se puede decir que la receta representa el programa (el algoritmo), el científico computacional es el procesador y los ingredientes son las entradas del programa. El proceso es la actividad que consiste en que el científico computacional vaya leyendo la receta, obteniendo los ingredientes y horneando el pastel.
Cada proceso tiene su contador de programa, registros y variables, aislados de otros procesos, incluso siendo el mismo programa en ejecución 2 veces. Cuando este último caso sucede, el sistema operativo usa la misma región de memoria de código, debido a que dicho código no cambiará, a menos que se ejecute una versión distinta del programa.
Los procesos son gestionados por el sistema operativo y están formados por:
Para entender lo que es un proceso y la diferencia entre un programa y un proceso, A. S. Tanenbaum propone la analogía "Un científico computacional con mente culinaria hornea un pastel de cumpleaños para su hija; tiene la receta para un pastel de cumpleaños y una cocina bien equipada con todos los ingredientes necesarios, harina, huevo, azúcar, leche, etcétera." Situando cada parte de la analogía se puede decir que la receta representa el programa (el algoritmo), el científico computacional es el procesador y los ingredientes son las entradas del programa. El proceso es la actividad que consiste en que el científico computacional vaya leyendo la receta, obteniendo los ingredientes y horneando el pastel.
Cada proceso tiene su contador de programa, registros y variables, aislados de otros procesos, incluso siendo el mismo programa en ejecución 2 veces. Cuando este último caso sucede, el sistema operativo usa la misma región de memoria de código, debido a que dicho código no cambiará, a menos que se ejecute una versión distinta del programa.
Los procesos son gestionados por el sistema operativo y están formados por:
- Las instrucciones de un programa destinadas a ser ejecutadas por el microprocesador.
- Su estado de ejecución en un momento dado, esto es, los valores de los registros de la unidad central de procesamiento para dicho programa.
- Su memoria de trabajo (memoria crítica), es decir, la memoria que ha reservado y sus contenidos.
- Otra información que permite al sistema operativo su planificación.
