Sistemas operativos

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Sistemas operativos
Unidad V.

• Administración del procesador

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Planificación

• Conceptos básicos.
• La planificación es un conjunto de políticas y
  mecanismos incorporados al sistema operativo que
  gobiernan el orden en que se ejecutaran los
  trabajos.
• El planificador es un módulo del S.O. que
  selecciona el siguiente trabajo que hay que
  ejecutar.
• El objetivo primario del planificador es
  optimizar el rendimiento del S.O. de acuerdo con
  los criterios considerados más importantes por
  los diseñadores del sistema.

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Tipos de planificadores.

• En general, existen tres tipos diferentes de
  planificadores que pueden coexistir en un sistema
  operativo complejo
• Planificadores a corto plazo
• Planificadores a medio plazo
• Planificadores a largo plazo

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Tipos de planificadores

• Un sistema operativo de grandes dimensiones
  podría soportar varios procesos de lotes (batch),
  como interactivos
• Cuando existe más de un tipo de planificador en
  un sistema operativo, la disponibilidad de
  soporte adecuado para comunicación e interacción
  es muy importante para conseguir un rendimiento
  satisfactorio y equilibrado.

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Planificador a corto plazo.

• El planificador a corto plazo asigna el
  procesador a un proceso, este se selecciona
  dentro de un conjunto de procesos preparados
  residentes en memoria.
• Esta a cargo de las transiciones de estado del
  proceso de preparado a ejecución.
• El planificador a corto plazo debe ser invocado
  en cada conmutación de proceso para seleccionar
  el siguiente proceso a ejecutar.
• En la práctica, el planificador a corto plazo es
  invocado cada vez que un suceso (interno o
  externo) hace que se modifique el estado global
  del sistema.

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Planificador a corto plazo.

• Algunos de los sucesos introducidos hasta ahora
  que provocan replanificación en virtud de su
  capacidad de modificar el estado global del
  sistemas son
• Tics de reloj (interrupciones basadas en el
  tiempo).
• Interrupciones y terminaciones de E/S.
• La mayoría de las llamadas operacionales al
  Sistema Operativo
• El envío y recepción de señales.
• La activación de programas interactivos.

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Planificador a corto plazo.

• La suspensión de un proceso en ejecución, la
  modificación de la prioridad del proceso en
  ejecución, y la terminación o aborto de un
  proceso, son sucesos que pueden necesitar la
  selección de un nuevo proceso para ejecución.
• Los programas interactivos suelen entrar a la
  cola de preparados directamente después de ser
  remitidos al sistema operativo. El SO por lo
  general asigna alta prioridad a este tipo de
  procesos.

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Planificador a medio plazo.

• El planificador a medio plazo tiene la misión de
  manejar los procesos bloqueados y retirados de
  memoria primaria y restaurarlos para continuar
  con su ejecución.
• Una vez que el proceso ha terminado de utilizar
  el procesador y requiere efectuar una operación
  de Entrada/salida, el planificador a medio plazo
  pasa el proceso a la cola de bloqueados, para que
  realice las operaciones de Entrada /salida
  requeridas.
• Si mientras esta bloqueado el proceso, el SO
  requiere liberar memoria principal, puede pasar
  el proceso junto con su entorno a la memoria
  virtual.

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Planificador a medio plazo.

• El planificador a medio plazo se encarga de
  controlar el envió del proceso a memoria virtual
  y su correcto regreso a memoria primaria. Esto
  es, el planificador a medio plazo asigna la
  cantidad necesaria de memoria principal y
  recursos necesarios para dejar al proceso
  nuevamente preparado.
• Una vez desaparecida la condición de suspensión
  de un proceso, el planificador a medio plazo
  intenta asignarle la cantidad necesaria de
  memoria principal, incorporarlo a memoria y
  volverlo a dejar preparado.

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Planificador a medio plazo.

• Tamaño real del proceso puede ser contabilizado
  en el momento de la retirada y almacenado
  posteriormente en el bloque de control del
  proceso afectado.
• El planificador a medio plazo controla las
  transiciones de suspendido a preparado de los
  procesos retirados.

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Planificador a medio plazo.

• Un proceso en ejecución puede resultar suspendido
  al efectuar una petición de E/S o al emitir una
  llamada al sistema, a veces es beneficioso
  retirarlos de memoria principal para dejar sitio
  a otros proceso el permanecer residentes en
  memoria, puede llegar a reducirse hasta un nivel
  que afecta al funcionamiento del planificador a
  corto plazo dejándole pocas o ninguna opción de
  selección.
• Este problema puede quedar aliviado trasladando
  los procesos suspendidos a almacenamiento
  secundario (intercambio).

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Planificador a largo plazo
El objetivo primordial del planificador a largo
plazo es proporcionar una mezcla equilibrada de
trabajos. Cuando la utilización del procesador es
baja, el planificador puede admitir más trabajos
para incrementar el número de procesos que se
hallen en la cola de preparados. Cuando el factor
de utilización resulte alto y así lo refleje el
deterioro del tiempo de respuesta, el
planificador a largo plazo puede optar por
reducir la frecuencia de admisión de los trabajos
por lotes.
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Planificador a largo plazo
Trabaja con la cola de lotes y selecciona el
siguiente trabajo de lotes a ejecutar Los lotes
están generalmente reservados a programas de baja
prioridad y de uso intensivo de recursos Los
trabajos de lotes contienen también generalmente
estimaciones asignadas por el programador o por
el sistema con respecto a sus necesidades de
recursos esto facilita la tarea del planificador
a largo plazo.
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Planificador a largo plazo

• La frecuencia de invocación del planificador a
  largo plazo es por tanto dependiente del sistema
  y de la carga de trabajo.
• Como resultado de su relativamente infrecuente
  ejecución y de la disponibilidad de una
  estimación de las características de la carga de
  trabajo, el planificador a largo plazo puede
  incorporar algoritmos relativamente complejos y
  computacionalmente intensivos para admitir
  trabajos al sistema.

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Algoritmos de planificación

• En general, las disciplinas de planificación
  pueden ser expropiativas o no expropiativas.
• La no expropiación implica que el proceso en
  ejecución retiene la propiedad de los recursos
  asignados, incluido el procesador, hasta que
  voluntariamente ceda el control al sistema
  operativo.

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Algoritmos de planificación
Sin embargo, cuando el proceso en ejecución que
suspendido como resultado de su propia acción,
digamos por esperar la terminación de una
operación de E/S, otro proceso preparado puede
ser planificado. La planificación expropiativa,
por otra parte, un proceso en ejecución puede ser
sustituido por un proceso de mayor prioridad en
cualquier instante.
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Justicia e Injusticia
Los algoritmos de planificación manejan el
concepto de justicia e injusticia. Los proceso
en general se dividen en procesos cortos y
largos. Cuando los algoritmos dan prioridad y
seden control a procesos cortos, se dice que son
injustos con procesos largos y viceversa. A
continuación se describen algunos de los
algoritmos mas utilizados por los SO.
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Algunos Algoritmos de planificación

• Shortest Job First ( SJF ).
• La planificación SJF que significa primero el
  trabajo más corto. favoreciendo los trabajos
  cortos, En la práctica su aplicación depende de
  la precisión en predecir el comportamiento del
  trabajo y del proceso.
• SRTN (Shortest Remaining Time Next)
• SRTN. A continuación el de menor tiempo restante.
  una vez planificado un trabajo seleccionado sigue
  ejecutándose hasta su terminación, también se
  llama por lotes.

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Algunos Algoritmos de planificación

• First-In, First-Out. (FIFO) Primeras entradas
  primeras salidas ejecuta cada proceso hasta que
  termina.
• Las características de esta política son
• No es apropiativa.
• Es justa aunque los procesos largos hacen esperar
  mucho a los cortos.
• Es predecible.
• El tiempo medio de servicio es muy variable en
  función del número de procesos y su duración.
• .

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Algunos Algoritmos de planificación
Round Robin (RR) Consiste en distribuir el
procesador en forma uniforme entre los distintos
procesos, dándole a cada uno cierta fracción de
tiempo llamada quantum. El método de reciclaje
en varias colas La idea es definir diferentes
colas, una para cada tipo de programa (largos y
cortos). Todo proceso que entra al sistema va a
la cola 1 (asociada a procesos cortos) en donde
permanece un tiempo máximo. Si transcurrido el
tiempo no ha terminado su ejecución ni realizado
una entrada/salida pasa a la cola 2 y así
sucesivamente a las demás colas.
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Algunos Algoritmos de planificación

• Si el proceso hace una entrada/salida sale de la
  cola y cuando ésta se termine se coloca al final
  de ella. Usualmente, cada cola se sirve por el
  método de FIFO y la última por el reciclaje.
• Los procesos largos y los intensivos en uso del
  procesador van a la última cola y permanecen
  allí. Las otras colas indican el tiempo que lleva
  el proceso en el sistema. Además se establece el
  quantum va aumentando a media que crece el número
  de la cola. Esta política concede prioridad a los
  procesos largos, para evitar estancamientos.

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Algunos Algoritmos de planificación

• Dar varias vueltas en la cola 1 asignando el
  procesador a sus procesos (utilizando reciclaje)
  antes de asignar a los de la cola 2, y repetir el
  proceso para la cola 2.
• Asignar el procesador a los procesos de la cola 1
  mientras ésta no esté vacía, y continuar después
  con los de la cola 2, etc. Ésta política puede
  llevarse hasta el extremo de retirarle el
  procesador a un proceso cuando llega otro de una
  cola menor.

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Algunos Algoritmos de planificación

• Shortest Job Next (SJN)
• Esta política toma de la cola de procesos
  preparados el que necesite menos tiempo de
  ejecución para realizar su trabajo.
• La información suministrada por el propio
  usuario, por el propio programa, basándose en la
  historia anterior.

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Algunos Algoritmos de planificación

• Shortest Job Next (SJN)
• Las características son
• No es apropiativa.
• El tiempo de espera aumenta desacuerdo con la
  longitud de los procesos, pero el tiempo medio de
  espera con respecto a otras políticas es óptimo.
• Es poco predecible.
• No es justa con los procesos largos.
• Buen tiempo de servicio.
• Resulta difícil de poner en practica por los
  datos que necesita para realizarse la
  planificación

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Algunos Algoritmos de planificación

• Shortest Remaning Time (SRT).
• Es una mezcla de los dos anteriores. Elige al
  proceso con un menor tiempo de procesamiento.
• Shortest Remaining Processing Time (SRPT).
• Este se utiliza si se trata de un sistema con
  retiro de procesador, que es similar al anterior
  pero puede quitar el procesador cuando venga otro
  más prioritario.

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Algunos Algoritmos de planificación
Shortest Remaining Processing Time (SRPT).

• Sus características son
• Es una variante de SJN, para hacerla apropiativa.
• Puede ser injusta, ya que un proceso corto puede
  echar a uno largo que esté haciendo uso del
  procesador y que además esté terminando.
• Presenta una mayor sobrecarga.
• Excelente tiempo medio de servicio.
• Es muy eficiente.

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Algunos Algoritmos de planificación

• Highest Reponse Ratio Next (HRRN).
• trata de corregir las posibles injusticias de la
  políticas SJN con los procesos cortos y las de
  FIFO con los largos. Se basa en hacer la
  prioridad del uso del procesador por parte de un
  proceso, calculándola constantemente. por medio
  de la expresión
• P es la prioridad del proceso.
• w es el tiempo de espera en la cola de procesos
  preparados.
• t es el tiempo de ejecución del proceso.

P wt t
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Algoritmos de planificación

• Inconvenientes
• Si un proceso corto llega inmediatamente después
  de que el largo ha comenzado tendrá que sufrir
  una larga espera.
• Es muy costosa de llevar a la practica, ya que la
  prioridad debe calcularse para todos los procesos
  en espera, cada vez que termine el proceso que
  está haciendo uso del procesador.
• Sobrecarga mucho el sistema debido a los cálculos
  que debe realizar.

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Multiprocesamiento

• Un multiprocesador es una maquina con dos o más
  (normalmente idénticos) procesadores centrales
  que comparten una memoria de alta velocidad.
• Multiprocesamiento son dos o más computadoras
  procesando juntas las computadoras de
  multiprocesamiento están unidas mediante un canal
  de alta velocidad y comparten entre ellas la
  carga general de trabajo, en caso de que una
  falle la otra se ocupa del trabajo

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Paralelismo

• A fin de hacer más rápidas las computadoras, los
  diseñadores han reducido cada vez más el tamaño
  de los elementos básicos de los circuitos
  integrados para acortar la distancia que debe
  recorrer la información y así disminuir el tiempo
  de procesamiento.
• Supercomputadoras que emplean varios
  microprocesadores para procesar la información en
  paralelo.

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Paralelismo
Las nuevas computadoras en paralelo cuentan con
muchas pastillas pequeñas de cómputo que
trabajan en colaboración a fin de realizar
millones de operaciones aritméticas por
segundo. El paralelismo ó programación en
paralelo se refiere a varias técnicas que hacen
que se realicen varias operaciones simultáneas
dentro de las computadora.
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Sistemas de multiprocesamiento

• Los propósitos principales del multiprocesamiento
  
• Aumentar la confiabilidad y la disponibilidad del
  potencial de computación.
• Reducir costos generales y simplificar el sistema
  operativo dedicando procesadores individuales a
  tareas especificas.
• Aumentar la velocidad de procesamiento mas allá
  de la obtenible con un sólo procesador de un tipo
  dado, o empujar las velocidades mas allá de los
  limites en la tecnología de hardware.

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Sistemas de multiprocesamiento

• Si la memoria de alta velocidad es demasiado
  grande para un solo procesador central
  multiprogramado, entonces una gran parte de la
  memoria de alta velocidad puede estar dedicada a
  trabajos que esperan el procesador central en vez
  de E/S.
• Si la memoria de alta velocidad es demasiado
  grande para un solo procesador central
  multiprogramado, entonces una gran parte de la
  memoria de alta velocidad puede estar dedicada a
  trabajos que esperan el procesador central en vez
  de E/S.

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Sistemas de multiprocesamiento
Alternativamente, todas las CPU pueden hacer el
procesamiento en-tanda, mientras que algunas, o
todas efectúan spooling simultáneamente esto se
llama nivelamiento de carga.
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Organización del multiprocesador

• Sistema conmutador en travesaños.- Con este
  sistema n procesadores idénticos pueden tener
  acceso por medio de la trayectoria de múltiples
  cables a m módulos de memoria idénticos.
• Sistema conectado por conductos múltiples.- Cada
  procesador tiene acceso a cualquiera de los
  módulos de minoría a través de sus propios
  conductos.
• Sistema de conducto de tiempo compartido.- Todos
  los circuitos en la memoria son compartidos por
  todos los procesadores, produciendo un costo más
  bajo.

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Sistema operativo de multiprocesador.

• De asignar recursos, tales como ciclos CPU y
  memoria, además de asignar propiedades para que
  cada programa reciba la atención adecuada. A los
  trabajos urgentes se les concede más grandes y/o
  más frecuentes periodos de tiempo de CPU, sin
  descuidar los trabajos menores
• Un programa que espera la entrada del usuario,
  por ejemplo, puede suspenderse,
  independientemente de la prioridad, recuerde que,
  entre cada uno de sus teclados tentativos, la CPU
  a 450 Mhz. es capaz de realizar muchos millones
  de ciclos útiles.
• RAM es un recurso muy importante que el sistema
  operativo necesita asignarse y manejarse con
  economía

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• La mayor parte, si no es que todo el Kernel del
  Sistema Operativo, también debe residir en el RAM
• Cuántos programas pueden coexistir en la memoria
  primaria depende de la cantidad de RAM y del
  tamaño de código objeto.
• los programas extraídos se pueden transferir
  desde el disco hacia la RAM, se ha dedicado mucha
  investigación al arte de planificar y extraer,
• Las operaciones de I-O del disco son
  relativamente mucho más lentas que la lectura y
  la escritura de la RAM

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• . Los contextos son en realidad fotografías del
  contador del programa y los registros del CPU el
  Sistema Operativo guarda los contextos y los
  restaura regularmente, en la medida en la que se
  conmutan los programas.
• Esto apoya el viejo adagio que dice Usted nunca
  tiene demasiada memoria RAM.