Bienvenidos!!!

“La imaginación es más importante que el conocimiento. El conocimiento es limitado, mientras que la imaginación no”

Albert Einstein

Este blog sólo es un granito de arena, su único propósito es que usted como lector, tenga las herramientas necesarias en cuanto a los procesos sobre los sistemas operativos...

Entre y sumergase en lo espectacular lo que puede llegar a ser Sistema Operativo....

Bienvenidos!!!

PARTICIPANTES DEL BLOG


ASTRID FLORES
OSCARINA LÓPEZ
ANA LAURA MOLINA
ROSY MARCANO
JOSE R. JIMENEZ


ESTUDIANTES DE LA UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADOR
INSTITUTO PEDAGÓGICO RAFAEL ALBERTO ESCOBAR LARA
MARACAY ESTADO ARAGUA

SISTEMAS OPERATIVOS
TUTORA
PROF-. MARISOL SARMIENTO

Procesos, tipos, estados

Un proceso

Concepto

es una instancia de ejecución de un programa, caracterizado por su contador de programa, su palabra de estado(Palabra que recoge en binario el estado del entorno de programa, después de la ejecución de cada instrucción.), sus registros ( pequeña memoria interna del microprocesador, formada generalmente por biestables) del procesador, su segmento de texto, pila (zona reservada de la memoria o registros hardware donde se almacena temporalmente el estado o información de un programa, rutina, etc..) y datos, etc.

Un proceso es un concepto manejado por el sistema operativo que consiste en el conjunto formado 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 CPU para dicho programa.
• Su memoria de trabajo, es decir, la memoria que ha reservado y sus contenidos.
• Otra información que permite al sistema operativo su planificación.

Esta definición varía ligeramente en el caso de sistemas operativos multihilo, donde un proceso consta de uno o más hilos, la memoria de trabajo (compartida por todos los hilos) y la información de planificación. Cada hilo consta de instrucciones y estado de ejecución.

Los procesos son creados y destruidos por el sistema operativo, así como también este se debe hacer cargo de la comunicación entre procesos, pero lo hace a petición de otros procesos. El mecanismo por el cual un proceso crea otro proceso se denomina bifurcación (fork). Los nuevos procesos son independientes y no comparten memoria (es decir, información) con el proceso que los ha creado.

En los sistemas operativos multihilo es posible crear tanto hilos como procesos. La diferencia estriba en que un proceso solamente puede crear hilos para sí mismo y en que dichos hilos comparten toda la memoria reservada para el proceso.

Tipos de procesos

Los independientes que no afectan ni pueden ser afectados por ningún otro proceso y los cooperativos que afectan y pueden ser afectados por algún otro proceso del sistema operativo.

Los procesos con frecuencia precisan comunicarse entre si, Para esto existen ciertos contratiempos que debieron ser superados. Para prevenir este problema en las situaciones en la que interviene cualquier recurso compartido se debe impedir que mas de un proceso haga uso del recurso compartido al mismo tiempo. Lo que se necesita es exclusión mutua, La parte del programa que accesa la memoria compartida se le llama sección crítica. Para tener una solución adecuada los procesos deben cumplir estos cuatro puntos:

1. Nunca dos procesos pueden encontrarse simultáneamente en sus secciones críticas.
2. No se hacen suposiciones acerca de las velocidades relativas de los procesos o del numero de CPU.
3. Ningún proceso suspendido fuera de la sección crítica debe bloquear a otros procesos.
4. Nunca un proceso debe querer entrar en forma arbitraria en su sección crítica.

Procesos suspendidos

Una de las razones para implementar el estado Bloqueado era poder hacer que los procesos se puedan mantener esperando algún suceso, por ejemplo una Entrada/Salida. Sin embargo, al ser mucho más lentas estas operaciones, puede suceder en nuestro modelo de cinco estados todos los procesos en memoria estén esperando en el estado Bloqueado y que no haya más memoria disponible para nuevos procesos. Podría conseguirse más memoria, aunque es probable que esto sólo permita procesos más grandes y no necesariamente nuevos procesos. Además hay un costo asociado a la memoria y de cualquier forma es probable que se llegaría al mismo estado con el tiempo.

Otra solución es el intercambio. El intercambio se lleva a cabo moviendo una parte de un proceso o un proceso completo desde la memoria principal al disco, quedando en el estado Suspendido. Después del intercambio, se puede aceptar un nuevo proceso o traer a memoria un proceso suspendido anteriormente.

El problema que se presenta ahora es que puede ser que si se decide traer a memoria un proceso que está en el estado Suspendido, el mismo todavía se encuentre bloqueado. Sólo convendría traerlo cuando ya está listo para ejecutar, esto implica que ya aconteció el suceso que estaba esperando cuando se bloqueó. Para tener esta diferenciación entre procesos suspendidos, ya sean listos como bloqueados, se utilizan cuatro estados: Listo, Bloqueado, Bloqueado y suspendido y Listo y suspendido.

Procesos en espera

Dos o más procesos pueden cooperar mediante señales de forma que uno obliga a detenerse a los otros hasta que reciban una señal para continuar.

• Se usa una variable llamada semáforo para intercambiar señales.
• Si un proceso esta esperando una señal, se suspende (WAIT) hasta que la señal se envíe (SIGNAL).
• Se mantiene una cola de procesos en ESPERA en el semáforo.
• La forma de elegir los procesos de la cola en ESPERA es mediante una política FIFO.

La sincronización explícita entre procesos es un caso particular del estado "bloqueado". En este caso, el suceso que permite desbloquear un proceso no es una operación de entrada/salida, sino una señal generada a propósito por el programador desde otro proceso.

El estado de un proceso 

es definido por la actividad corriente en que se encuentra.
Los estados de un proceso son:
Nuevo(new):Cuando el proceso es creado.
Ejecutando(running):El proceso tiene asignado un procesador y está ejecutando sus instrucciones.
Bloqueado(waiting):El proceso está esperando por un evento (que se complete un pedido de E/S o una señal).
Listo(ready):El proceso está listo para ejecutar, solo necesita del recurso procesador.
Finalizado(terminated):El proceso finalizó su ejecución

Modelo de dos estados.

El modelo de estados más simple es el de dos estados. En este modelo, un proceso puede estar ejecutándose o no. Cuando se crea un nuevo proceso, se pone en estado de No ejecución. En algún momento el proceso que se está ejecutando pasará al estado No ejecución y otro proceso se elegirá de la lista de procesos listos para ejecutar para ponerlo en estado Ejecución.

De esta explicación se desprende que es necesario que el sistema operativo pueda seguirle la pista a los procesos, conociendo su estado y el lugar que ocupa en memoria. Además los procesos que no se están ejecutando deben guardarse en algún tipo de cola mientras esperan su turno para ejecutar.

Modelo de cinco estados

El modelo anterior de dos estados funcionaría bien con una cola FIFO y planificación por turno rotatorio para los procesos que no están en ejecución, si los procesos estuvieran siempre listos para ejecutar. En la realidad, los procesos utilizan datos para operar con ellos, y puede suceder que no se encuentren listos, o que se deba esperar algún suceso antes de continuar, como una operación de Entrada/Salida. Es por esto que se necesita un estado donde los procesos permanezcan bloqueados esperando hasta que puedan proseguir. Se divide entonces al estado No ejecución en dos estados: Listo y Bloqueado. Se agregan además un estado Nuevo y otro Terminado.

Los cinco estados de este diagrama son los siguientes:

• Ejecución: el proceso está actualmente en ejecución.
• Listo: el proceso está listo para ser ejecutado, sólo está esperando que el planificador así lo disponga.
• Bloqueado: el proceso no puede ejecutar hasta que no se produzca cierto suceso, como una operación de Entrada/Salida.
• Nuevo: El proceso recién fue creado y todavía no fue admitido por el sistema operativo. En general los procesos que se encuentran en este estado todavía no fueron cargados en la memoria principal.
• Terminado: El proceso fue expulsado del grupo de procesos ejecutables, ya sea porque terminó o por algún fallo, como un error de protección, aritmético, etc.

Los nuevos estados Nuevo y Terminado son útiles para la gestión de procesos. En este modelo los estados Bloqueado y Listo tienen ambos una cola de espera. Cuando un nuevo proceso es admitido por el sistema operativo, se sitúa en la cola de listos. A falta de un esquema de prioridades ésta puede ser una cola FIFO. Los procesos suspendidos son mantenidos en una cola de bloqueados. Cuando se da un suceso se pasan a la cola de listos los procesos que esperaban por ese suceso.

Si existe un esquema con diferentes niveles de prioridad de procesos es conveniente mantener varias colas de procesos listos, una para cada nivel de prioridad, lo que ayuda a determinar cuál es el proceso que más conviene ejecutar a continuación.

fuente: http://www.mitecnologico.com/Main/DefinicionDeProcesoSistemasOperativos

http://www.monografias.com/trabajos40/sistema-operativo-proceso/sistema-operativo-proceso.shtml

Hilos o hebras

Hilos de ejecución

Un hilo de ejecución o subproceso es una característica que permite a una aplicación efectuar varias tareas a la vez (simultáneamente). Los distintos hilos de ejecución comparten una sucesión de recursos tales como el espacio de memoria, los archivos abiertos, situación de autenticación, etc.

Esta técnica permite facilitar el diseño de una aplicación que debe llevar a cabo diferente funciones simultáneamente. Los hilos de ejecución que comparten los mismos recursos, sumados a estos recursos, son en conjunto conocidos como un proceso. El hecho de que los hilos de ejecución de un mismo proceso compartan los recursos hace que cualquiera de estos hilos pueda modificar éstos. Cuando un hilo cambia un dato en la memoria, los otros hilos acceden a ese dato transformado inmediatamente. Lo que es propio de cada hilo es el contador de programa, la pila de ejecución y el estado de la CPU.

El proceso sigue en ejecución mientras al menos uno de sus hilos de ejecución siga activo. Cuando el proceso finaliza, todos sus hilos de ejecución también han concluido. Así mismo en el momento en el que todos los hilos de ejecución terminan, el proceso no existe más y todos sus recursos son liberados.

Algunos lenguajes de programación tienen características de diseño expresamente creadas para permitir a los programadores lidiar con hilos de ejecución (como Java o Delphi). Otros (la mayoría) desconocen la existencia de hilos de ejecución y éstos deben ser creados mediante llamadas de biblioteca especiales que dependen del sistema operativo en el que estos lenguajes están siendo utilizados (como es el caso del C y del C++).

Funcionalidad de los hilos :

Al igual que los procesos, los hilos poseen un estado de ejecución y pueden sincronizarse entre ellos para evitar dificultades de compartimiento de recursos. Generalmente, cada hilo tiene una tarea concreta y especifica, como forma de extender la eficiencia del uso del procesador.

Estados de un hilo:

Los principales estados de los hilos son: Ejecución, Listo y Bloqueado. No tiene sentido asociar estados de suspensión de hilos ya que es un concepto de proceso. En todo caso, si un proceso está expulsado de la memoria principal (ram), todos sus hilos deberán estarlo ya que todos comparten el espacio de direcciones del proceso.

Ventajas de los hilos contra procesos :

Si bien los hilos son generados a partir de la creación de un proceso, podemos decir que un proceso es un hilo de ejecución, conocido como Monohilo. Pero las ventajas de los hilos se dan cuando hablamos de Multihilos, que es cuando un proceso tiene múltiples hilos de ejecución los cuales realizan actividades distintas, que pueden o no ser cooperativas entre sí. Los beneficios de los hilos se derivan de las implicaciones de rendimiento.

1. Se tarda mucho menos tiempo en crear un hilo nuevo en un proceso existente que en crear un proceso. Algunas investigaciones llevan al resultado que esto es así en un factor de 10.

2. Se tarda mucho menos en terminar un hilo que un proceso, ya que cuando se elimina un proceso se debe eliminar el BCP del mismo, mientras que un hilo se elimina su contexto y pila.

3. Se tarda mucho menos tiempo en cambiar entre dos hilos de un mismo proceso

4. Los hilos aumentan la eficiencia de la comunicación entre programas en ejecución. En la mayoría de los sistemas en la comunicación entre procesos debe intervenir el núcleo para ofrecer protección de los recursos y realizar la comunicación misma. En cambio, entre hilos pueden comunicarse entre sí sin la invocación al núcleo. Por lo tanto, si hay una aplicación que debe implementarse como un conjunto de unidades de ejecución relacionadas, es más eficiente hacerlo con una colección de hilos que con una colección de procesos separados.

Formas de multihilos:

Los sistemas operativos generalmente implementan hilos de dos maneras:

• Multihilo apropiativo: permite al sistema operativo determinar cuándo debe haber un cambio de contexto. La desventaja de esto es que el sistema puede hacer un cambio de contexto en un momento inadecuado, causando un fenómeno conocido como inversión de prioridadesy otros problemas.

•Multihilo cooperativo: depende del mismo hilo abandonar el control cuando llega a un punto de detención, lo cual puede traer problemas cuando el hilo espera la disponibilidad de un recurso. El soporte de hardware para multihilo se encuentra disponible desde hace relativamente poco tiempo. Esta característica fue introducida porIntel en el Pentium 4, bajo el nombre de HyperThreading.

Administración de file

Rutinas que permite manipular y manejar el sistema de archivos.

Estructuran  la información guardada en una unidad de almacenamiento (normalmente un disco duro de una computadora), que luego será representada ya sea textual o gráficamente utilizando un gestor de archivos. La mayoría de los sistemas operativos manejan su propio sistema de archivos.

Lo habitual es utilizar dispositivos de almacenamiento de datos que permiten el acceso a los datos como una cadena de bloques de un mismo tamaño, a veces llamados sectores, usualmente de 512 bytes de longitud. El software del sistema de archivos es responsable de la organización de estos sectores en archivos y directorios y mantiene un registro de qué sectores pertenecen a qué archivos y cuáles no han sido utilizados. En la práctica, un sistema de archivos también puede ser utilizado para acceder a datos generados dinámicamente, como los recibidos a través de una conexión de red (sin la intervención de un dispositivo de almacenamiento).

Los sistemas de archivos tradicionales proveen métodos para crear, mover, renombrar y eliminar tanto archivos como directorios, pero carecen de métodos para crear, por ejemplo, enlaces adicionales a un directorio o archivo (enlace duro en Unix) o renombrar enlaces padres (".." en Unix).

El acceso seguro a sistemas de archivos básicos puede estar basado en los esquemas de lista de control de acceso o capacidades. Las listas de control de acceso hace décadas que demostraron ser inseguras, por lo que los sistemas operativos experimentales utilizan el acceso por capacidades. Los sistemas operativos comerciales aún funcionan con listas de control de acceso

Algunos administradores

NTFS (del inglés 'New Technology File System') es un sistema de archivos de Windows NT incluido en las versiones de Windows 2000, Windows XP, Windows Server 2003, Windows Server 2008, Windows Vista y Windows 7. Está basado en el sistema de archivos HPFS de IBM/Microsoft usado en el sistema operativo OS/2, y también tiene ciertas influencias del formato de archivos HFS diseñado por Apple.

NTFS permite definir el tamaño del clúster, a partir de 512 bytes (tamaño mínimo de un sector) de forma independiente al tamaño de la partición.

Es un sistema adecuado para las particiones de gran tamaño requeridas en estaciones de trabajo de alto rendimiento y servidores. Puede manejar volúmenes de, teóricamente, hasta 2⁶⁴–1 clústeres. En la práctica, el máximo volumen NTFS soportado es de 2³²–1 clústeres (aproximadamente 16 Terabytes usando clústeres de 4KB).

Su principal inconveniente es que necesita para sí mismo una buena cantidad de espacio en disco duro, por lo que no es recomendable su uso en discos con menos de 400 MB libres.

Características

El tamaño mínimo recomendado para la partición es de 10 GB. Aunque son posibles tamaños mayores, el máximo recomendado en la práctica para cada volumen es de 2 TB (Terabytes). El tamaño máximo de fichero viene limitado por el tamaño del volumen.

Hay tres versiones de NTFS: v1.2 en NT 3.51 , NT 4, v3.0 en Windows 2000 y v3.1 en Windows XP , Windows 2003 Server , Windows Vista y Windows 2008 . Estas versiones reciben en ocasiones las denominaciones v4.0, v5.0 , v5.1 , v 5.2, y v 6.0 en relación con la versión de Windows en la que fueron incluidas. Las versiones más recientes han incluido algunas características nuevas, tales como cuotas de disco y puntos de montaje de volúmenes.

Funcionamiento

Todo lo que tiene que ver con los ficheros se almacena en forma de metadatos. Esto permitió una fácil ampliación de características durante el desarrollo de Windows NT. Un ejemplo lo hallamos en la inclusión de campos de indizado añadidos para posibilitar el funcionamiento de Active Directory.

Los nombres de archivo son almacenados en Unicode (UTF-16), y la estructura de ficheros en árboles-B, una estructura de datos compleja que acelera el acceso a los ficheros y reduce la fragmentación, que era lo más criticado del sistema FAT.

Se emplea un registro transaccional (journal) para garantizar la integridad del sistema de ficheros (pero no la de cada archivo). Los sistemas que emplean NTFS han demostrado tener una estabilidad mejorada, que resultaba un requisito ineludible considerando la naturaleza inestable de las versiones más antiguas de Windows NT.

Sin embargo, a pesar de lo descrito anteriormente, este sistema de archivos posee un funcionamiento prácticamente secreto, ya que Microsoft no ha liberado su código como hizo con FAT.

Gracias a la ingeniería inversa, aplicada sobre el sistema de archivos, se desarrollaron controladores como el NTFS-3G que actualmente proveen a sistemas operativos GNU/Linux, Solaris, MacOS X o BSD, entre otros, de soporte completo de lectura y escritura en particiones NTFS.

Interoperabilidad

Microsoft provee medios para convertir particiones FAT32 a NTFS, pero no en sentido contrario, (NTFS a FAT32). Partition Magic de Symantec y el proyecto de código abierto NTFSResize son ambos capaces de redimensionar particiones NTFS.

Con la herramienta convert incluida en los sistemas NT (Windows 2000 en adelante) , se puede cambiar un disco con sistema de ficheros FAT32 a NTFS sin perder ningún dato con la instrucción "convert [unidad]:/fs:ntfs"

Por razones históricas absolutamente todas las versiones de Windows que todavía no soportan NTFS almacenan internamente la fecha y hora como hora local, y consecuentemente los sistemas de ficheros correspondientes a esas versiones de Windows, también tratan la hora localmente. Sin embargo, Windows NT y sus sucesores almacenan la hora en formato GMT/UTC, y hacen las conversiones apropiadas a la hora de mostrar las fechas. De este modo al copiar archivos entre un volumen NTFS y uno no-NTFS, deben hacerse las conversiones "al vuelo", lo que puede originar ambigüedades si el horario de verano está activo en la copia de unos archivos y no en el de otros, pudiendo dar lugar a ficheros cuya marca de hora esté una hora desplazada

Planificación de procesos

Planificación (scheduling) de procesos

Cuando hay más de un proceso que está en condiciones de ejecutar en la CPU, se debe escoger alguno.El encargado de tomar esa decisión es el planificador o scheduler, y el algoritmo que usa se llama “algoritmo de planificación”.

Posibles objetivos (algunos de ellos contradictorios) del algoritmo de planificación son:

_ Justicia. Asegurarse que todos los procesos tengan su turno de CPU.

_ Eficiencia. Mantener la CPU ocupada todo el tiempo.

_ Tiempo de respuesta. Minimizar el tiempo de respuesta de los usuarios interactivos.

_ Rendimiento o productividad (throughput). Maximizar el número de trabajos terminados por hora.

_ Tiempo de espera. Minimizar el tiempo medio de espera (en la cola READY) de los procesos.

Una complicación adicional que hay que tener presente es que cada proceso es único e impredecible.

Algunos son intensivos en I/O (I/O-bound), es decir, pierden la mayor parte del tiempo esperando por I/O; otros son intensivos en CPU (CPU-bound), es decir, requieren principalmente tiempo de CPU. En cualquier caso, todos los procesos alternan entre una fase de ejecución de CPU y otra de espera por I/O.

Aunque la duración de las fases de CPU es impredecible y varía mucho entre un proceso y otro, tiende a tener una frecuencia como la de la figura: hay un gran número de fases de CPU cortos, y muy pocos largos. Esta información puede ser importante para seleccionar un algoritmo de planificación adecuado.

Semáforo

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). Fue creado por Edsger Dijkstras  y se usaron por primera vez en el sistema operativo THEOS.

Semáforos es un algoritmo de control de procesos, que tiene solo dos operaciones básicas, las cuales son:

Wait.- Pregunta a los procesos si su contador es > ó = que cero, en caso de no ser así, los decrementa. El proceso que cambia en este caso a negativo (−1) desde la cola de procesos Listos a ser ejecutados es el que automáticamente toma el control del procesador.

Signal.- A partir de un tiempo t definido por el despachador se ejecuta, y pregunta a los procesos si su contador es < que cero en caso de que sea afirmativa la respuesta, saca a este proceso de su ejecución y depende de su estado.

Los semáforos se emplean para permitir el acceso a diferentes partes de programas (llamados secciones críticas ) donde se manipulan variables o recursos que deben ser accedidos de forma especial. Según el valor con que son inicializados se permiten a más o menos procesos utilizar el recurso de forma simultánea.

Un tipo simple de semáforo es el binario, que puede tomar solamente los valores 0 y 1. Se inicializan en 1 y son usados cuando sólo un proceso puede acceder a un recurso a la vez. Son esencialmente lo mismo que los mutex. Cuando el recurso está disponible, un proceso accede y decrementa el valor del semáforo con la operación P. El valor queda entonces en 0, lo que hace que si otro proceso intenta decrementarlo tenga que esperar. Cuando el proceso que decremento el semáforo realiza una operación V, algún proceso que estaba esperando comienza a utilizar el recurso.

Para hacer que dos procesos se ejecuten en una secuencia predeterminada puede usarse un semáforo inicializado en 0. El proceso que debe ejecutar primero en la secuencia realiza la operación V sobre el semáforo antes del código que debe ser ejecutado después del otro proceso. Éste ejecuta la operación P. Si el segundo proceso en la secuencia es programado para ejecutar antes que el otro, al hacer P dormirá hasta que el primer proceso de la secuencia pase por su operación V. Este modo de uso se denomina señalación (signaling), y se usa para que un proceso o hilo de ejecución le haga saber a otro que algo ha sucedido.

Ejemplo de uso

Los semáforos pueden ser usados para diferentes propósitos, entre ellos:

• Implementar cierres de exclusión mutua o locks
• Barreras
• Permitir a un máximo de N threads (hilos) acceder a un recurso, inicializando el semáforo en N
• Notificación. Inicializando el semáforo en 0 puede usarse para comunicación entre threads sobre la disponibilidad de un recurso

Administración de memoria principal y secundaria

Administración de memoria

La memoria es un recurso escaso, y para aprovecharla bien hay que administrarla bien. A pesar de que la memoria es más barata cada día, los requerimientos de almacenamiento crecen en proporción similar.

Por otra parte, la memoria más rápida es obviamente más cara, por lo que la mayoría de los computadores tiene una jerarquía de memoria. Por ejemplo, en un Pentium típico:

1. Caché de nivel 1: 8 KB empaquetados dentro del chip; por lo mismo, la velocidad de acceso es de unos pocos nanosegundos.

2. Caché de nivel 2: 256 a 512 KB, 12-20 ns, U$20/MB

3. Memoria RAM: 8 a 32 MB, 70ns, U$2.5/MB

4. Disco duro. Para almacenamiento estable, y también para extender la RAM de manera virtual.

4GB, 8ms, U$0.08/MB.

5. Cinta. 1 a 40 GB. U$0.01/MB.

Administrador de memoria secundaria en  los espacio de su profesor.

La memoria es uno de los principales recursos de la computadora, la cual debe de administrarse con mucho cuidado. Aunque actualmente la mayoría de los sistemas de cómputo cuentan con una alta capacidad de memoria, de igual manera las aplicaciones actuales tienen también altos requerimientos de memoria, lo que sigue generando escasez de memoria en los sistemas multitarea y/o multiusuario.

La parte del sistema operativo que administra la memoria se llama administrador de memoria y su labor consiste en llevar un registro de las partes de memoria que se estén utilizando y aquellas que no, con el fin de asignar espacio en memoria a los procesos cuando éstos la necesiten y liberándola cuando terminen, así como administrar el intercambio entre la memoria principal y el disco en los casos en los que la memoria principal no le pueda dar capacidad a todos los procesos que tienen necesidad de ella.

Los sistemas de administración de memoria se pueden clasificar en dos tipos: los que desplazan los procesos de la memoria principal al disco y viceversa durante la ejecución y los que no.

El propósito principal de una computadora es el de ejecutar programas, estos programas, junto con la información que accesan deben de estar en la memoria principal (al menos parcialmente) durante la ejecución.

Para optimizar el uso del CPU y de la memoria, el sistema operativo debe de tener varios procesos a la vez en la memoria principal, para lo cual dispone de varias opciones de administración tanto del procesador como de la memoria. La selección de uno de ellos depende principalmente del diseño del hardware para el sistema. A continuación se observarán los puntos correspondientes a la administración de la memoria.

MEMORIA REAL

La memoria real o principal es en donde son ejecutados los programas y procesos de una computadora y es el espacio real que existe en memoria para que se ejecuten los procesos. Por lo general esta memoria es de mayor costo que la memoria secundaria, pero el acceso a la información contenida en ella es de más rápido acceso. Solo la memoria cache es más rápida que la principal, pero su costo es a su vez mayor.

SIN INTERCAMBIO

1.1.1.- Monoprogramación sin intercambio o paginación

Cuando solo se tiene un proceso que ocupe la memoria a la vez, el esquema de la administración de la memoria es el más sencillo que hay. Sin embargo, éste método ya no tiene aplicación en la actualidad, ya que era visto en las computadoras con sistemas operativos de un solo usuario y una sola tarea. El usuario introducía su disco a la computadora (por lo general, la máquina no contaba con disco duro) y ejecutaba su aplicación, la cual acaparaba toda la máquina.

Fig.1. Ejemplos de distribución de la memoria principal con un sistema operativo y un solo proceso de usuario

La figura 1 muestra la organización de la memoria usando este sistema. La memoria se divide entre el sistema operativo y el proceso de un solo usuario. La más conocida es la que muestra el inciso c, que es la usada por las PC’ de IBM. Los controladores de dispositivo los almacena en memoria ROM, en un bloque de 8K de la parte superior del espacio de direcciones de 1M.

El ejemplo más claro de este esquema es el que podemos ver en el sistema operativo MS-DOS, en que el usuario escribe un comando al sistema y al ejecutarse el sistema operativo lo carga a memoria desde el disco y realiza sus funciones. Cuando el proceso termina la memoria es liberada y le muestra al usuario el indicador de comandos (prompt) en la pantalla.

1.1.2.- Multiprogramación y uso de memoria

Esta organización facilita la programación de una aplicación al dividirla en dos o más procesos. Además ofrece la capacidad de tener más de un proceso a la vez en memoria así puede ofrecer servicios a varios usuarios a la vez.

El esquema de multiprogramación incrementa el aprovechamiento del CPU, dado que a diferencia de la monoprogramación en donde solo un proceso reside en memoria a la vez limitando el uso del procesador a las llamadas que requiera dicho proceso, desperdiciando un promedio del 80% del tiempo del procesador. En cambio la multiprogramación, al tener varios procesos en la memoria principal y dividiéndose el tiempo de uso del procesador, logra reducir drásticamente el desperdicio del procesador.

1.1.3.- Multiprogramación con particiones fijas

Para poder implementar la multiprogramación, se puede hacer uso de particiones fijas o variables en la memoria. En el caso de las particiones fijas, la memoria se puede organizar dividiéndose en diversas partes, las cuales pueden variar en tamaño. Esta partición la puede hacer el usuario en forma manual, al iniciar una sesión con la máquina.

Una vez implementada la partición, hay dos maneras de asignar los procesos a ella. La primera es mediante el uso de una cola única (figura 2a) que asigna los procesos a los espacios disponibles de la memoria conforme se vayan desocupando. El tamaño del hueco de memoria disponible es usado para localizar en la cola el primer proceso que quepa en él. Otra forma de asignación es buscar en la cola el proceso de tamaño mayor que se ajuste al hueco, sin embargo hay que tomar en cuenta que tal método discrimina a los procesos más pequeños. Dicho problema podría tener solución si se asigna una partición pequeña en la memoria al momento de hacer la partición inicial, el cual sería exclusivo para procesos pequeños.

CON INTERCAMBIO

1.2.1.- Multiprogramación con particiones variables

Este esquema fue originalmente usado por el sistema operativo IBM OS/360 (llamado MFT), el cual ya no está en uso.

El sistema operativo lleva una tabla indicando cuáles partes de la memoria están disponibles y cuáles están ocupadas. Inicialmente, toda la memoria está disponible para los procesos de usuario y es considerado como un gran bloque o hueco único de memoria. Cuando llega un proceso que necesita memoria, buscamos un hueco lo suficientemente grande para el proceso. Si encontramos uno, se asigna únicamente el espacio requerido, manteniendo el resto disponible para futuros procesos que requieran de espacio.

Consideremos el ejemplo de la figura 3, en donde se cuenta un espacio reservado para el sistema operativo en la memoria baja de 400K y un espacio disponible para procesos de usuario de 2160K, siendo un total de memoria del sistema de 2560K. Dada la secuencia de procesos de la figura y usando un algoritmo de First Come – First Served (FCFS) se puede asignar de inmediato memoria a los procesos P1, P2 y P3, creando el mapa de memoria en el cual queda un hueco de 260K que ya no puede ser utilizado por el siguiente proceso dado que no es suficiente para abarcarlo.

Usando un proceso de asignación Round-Robin con un quantum de 1 unidad de tiempo, el proceso P2 terminaría en la unidad de tiempo 14, liberando esa cantidad de memoria, como se muestra en la figura 4(b). Entonces el sistema operativo checa la lista de trabajos y asigna el siguiente proceso que quepa en el espacio de memoria liberado. El proceso P4 produce el mapa de memoria que se muestra en la figura 4(c). El proceso P1 terminará en la unidad de tiempo 28 para producir el mapa de la figura 4(d) y entonces se asigna el proceso P5 generando el mapa de la figura 4(e).

Cuando a un proceso se le asigna un espacio y es cargado a la memoria principal, puede entonces competir para el uso del CPU.

1.2.1.1.- Compactación de memoria

Cuando un proceso llega y necesita memoria, el sistema operativo busca en la tabla de huecos alguno lo suficientemente grande para el proceso. Si el hueco es muy grande, lo parte en dos. Una parte es asignada al proceso y la otra se identifica como hueco. Cuando el proceso termina y la memoria es liberada, el espacio es identificado como un hueco más en la tabla y si el nuevo hueco es adyacente con otro, ambos huecos se unen formando un solo hueco más grande. En ese momento se debe de checar si no existen procesos a los que este nuevo hueco pueda darles cabida.

1.2.1.2.- Asignación dinámica

El proceso de compactación del punto anterior es una instancia particular del problema de asignación de memoria dinámica, el cual es el cómo satisfacer una necesidad de tamaño n con una lista de huecos libres. Existen muchas soluciones para el problema. El conjunto de huecos es analizado para determinar cuál hueco es el más indicado para asignarse. Las estrategias más comunes para asignar algún hueco de la tabla son:

• Primer ajuste: Consiste en asignar el primer hueco con capacidad suficiente. La búsqueda puede iniciar ya sea al inicio o al final del conjunto de huecos o en donde terminó la última búsqueda. La búsqueda termina al encontrar un hueco lo suficientemente grande.
• Mejor ajuste: Busca asignar el espacio más pequeño de los espacios con capacidad suficiente. La búsqueda se debe de realizar en toda la tabla, a menos que la tabla esté ordenada por tamaño. Esta estrategia produce el menor desperdicio de memoria posible.
• Peor ajuste: Asigna el hueco más grande. Una vez más, se debe de buscar en toda la tabla de huecos a menos que esté organizada por tamaño. Esta estrategia produce los huecos de sobra más grandes, los cuales pudieran ser de más uso si llegan procesos de tamaño mediano que quepan en ellos.

Se ha demostrado mediante simulacros que tanto el primer y el mejor ajuste son mejores que el peor ajuste en cuanto a minimizar tanto el tiempo del almacenamiento. Ni el primer o el mejor ajuste es claramente el mejor en términos de uso de espacio, pero por lo general el primer ajuste es más rápido.

1.2.2.- Administración de la memoria con mapas de bits

Este tipo de administración divide la memoria en unidades de asignación, las cuales pueden ser tan pequeñas como unas cuantas palabras o tan grandes como varios kilobytes. A cada unidad de asignación le corresponde un bit en el mapa de bits, el cual toma el valor de 0 si la unidad está libre y 1 si está ocupada (o viceversa).

Un mapa de bits es una forma sencilla para llevar un registro de las palabras de la memoria en una cantidad fija de memoria, puesto que el tamaño del mapa sólo depende del tamaño de la memoria y el tamaño de la unidad de asignación.

1.2.3.- Administración de la memoria con listas ligadas

Otra forma de mantener un registro de la memoria es mediante una lista ligada de los segmentos de memoria asignados o libres, en donde un segmento puede ser un proceso o un hueco entre dos procesos. La memoria de la figura 7(a) está mostrada como una lista ligada de segmentos en la figura 7(b). Cada entrada de la lista especifica un hueco (H) o un proceso (P), la dirección donde comienza, su longitud y un apuntador a la siguiente entrada.

1.2.4.- Asignación del hueco de intercambio

En algunos sistemas, cuando el proceso se encuentra en la memoria, no hay un hueco en el disco asignado a él. Cuando deba intercambiarse, se deberá asignar un hueco para él en el área de intercambio del disco. Los algoritmos para la administración del hueco de intercambio son los mismos que se utilizan para la administración de la memoria principal.

En otros sistemas, al caerse un proceso, se le asigna un hueco de intercambio en el disco. Cuando el proceso sea intercambiado, siempre pasará al hueco asignado, en vez de ir a otro lugar cada vez. Cuando el proceso concluya, se libera el hueco de intercambio. La única diferencia es que el hueco en disco necesario para un proceso debe representarse como un número entero de bloques del disco. Por ejemplo, un proceso de 13.5 K debe utilizar 14K (usando bloques de 1K).

1.2.5.- Fragmentación

La fragmentación es la memoria que queda desperdiciada al usar los métodos de gestión de memoria que se vieron en los métodos anteriores. Tanto el primer ajuste, como el mejor y el peor producen fragmentación externa.

La fragmentación es generada cuando durante el reemplazo de procesos quedan huecos entre dos o más procesos de manera no contigua y cada hueco no es capaz de soportar ningún proceso de la lista de espera. Tal vez en conjunto si sea espacio suficiente, pero se requeriría de un proceso de defragmentación de memoria o compactación para lograrlo. Esta fragmentación se denomina fragmentación externa.

Existe otro tipo de fragmentación conocida como fragmentación interna, la cual es generada cuando se reserva más memoria de la que el proceso va realmente a usar. Sin embargo a diferencia de la externa, estos huecos no se pueden compactar para ser utilizados. Se debe de esperar a la finalización del proceso para que se libere el bloque completo de la memoria.

REFERENCIAS BIBLIOGRÀFICA

Parroquín por Ricardo  y Trejo Ramíres.Universidad Autónoma de ciudad Juáres Memorias principal y secundarua. Disponible en : http://www.monografias.com/trabajos10/gesmem/gesmem.shtml [Consulta:Junio, 06]