Administrar el procesador es quizá la función más importante asignada al sistema operativo, involucra el desarrollo de la multiprogramación, debido a la necesidad de establecer cómo será utilizado el mismo, y evidencia la forma como serán tratados los programas y tareas al llegar a la memoria para ser ejecutados.

El concepto de proceso es fundamental para el tratamiento de la multiprogramación. También para la identificación de la entidad encargada de la ejecución de instrucciones y para la utilización del procesador en general. La totalidad de los sistemas operativos están construidos con base en el desarrollo de este concepto, lo cual establece su importancia y abordaje en los apartados que se presentan a continuación.

En ejecución, el sistema operativo tiene asignada funciones de crear los procesos, administrarlos, intercambiarlos y terminarlos, y para cumplirlas se hace uso de la definición de sitios en los que los procesos se encuentran dependiendo de la interacción alcanzada con el procesador, la memoria y demás dispositivos de E/S.

Propósito Global

Analizar y comprender los elementos más importantes que rodean el concepto de proceso, de tal forma que se puedan establecer relaciones entre los estados y transiciones de los mismos y las políticas y niveles de planificación que determinan el grado de multiprogramación.

Propósitos Específicos

• Analizar y comprender el concepto de proceso y su importancia para el sistema operativo.
• Reconocer los diferentes modelos de estados y transiciones de los procesos, reconociendo las correspondencias que a nivel físico representan cada uno de los elementos de los modelos de estados y transiciones de procesos.
• Identificar la importancia que a nivel de la multiprogramación y la función de intercambio representa el Bloque de Control de Procesos CPB.
• Establecer los niveles de la planificación de procesos de tal forma que se identifique las acciones más importantes que el sistema operativo tiene como administrador de recursos y del procesador.
• Identificar las diversas políticas de planificación de procesos que permitan la óptima utilización del procesador.

Ya hemos establecido que diversos programas hacen uso del procesador a través de procesos que se instalan en memoria y debido a la multiprogramación son pasados a ejecución intercalándolos para lograr optimizar la eficiencia del sistema y del procesador como tal.

En memoria los procesos deben ser clasificados y asignados a estados que determinan la ubicación de los mismos en un momento determinado de la ejecución general del sistema. El procesador no discrimina qué tipo de instrucciones se ejecutarán, haciendo uso del registro PC (Program Counter), identificará la siguiente instrucción a ejecutar en el registro IR (Instruction Register), la decodificará y realizará.

Sin embargo, desde la mirada del proceso, la fluidez en la ejecución se verá afectada dependiendo de las instrucciones, al igual que el tiempo que estas tardan y los recursos que utilizan. Esto da paso a otros procesos que harán cosas similares hasta que terminan.

Los modelos de estados y transiciones permiten analizar el estado en que se encuentra cada proceso mientras se encuentra en memoria, como es de esperarse en un modelo multiprogramado.

Un proceso pasará varias veces por el estado de ejecución antes de terminar el total de sus instrucciones. Esto es necesario, no solo para aumentar la eficiencia del sistema sino, para evitar que algunos procesos por sus características especiales monopolicen indefinidamente el uso del procesador.

Dados los diferentes modelos, se identifican estados y transiciones que caracterizan a cada uno. La razón por la cual se establecen los modelos de estados y transiciones es que las actividades de interacción con los recursos de E/S son muy lentas a comparación de la velocidad de procesamiento.

Siendo el sistema operativo el controlador de los sucesos que se dan en el sistema, planificando, admitiendo y expidiendo procesos para la ejecución, asignando los recursos y servicios necesarios para los programas de usuario, se establece al sistema operativo como la entidad que administra los procesos y los recursos.

Para poder desarrollar estas funciones, el sistema operativo necesita la mayor cantidad de información que pueda obtener de cada uno de ellos. Esta información se organiza en cuatro tipos de tablas, que se relacionan entre sí: Tablas de memoria, de E/S, de archivos y Tablas de procesos, que garantizan el cumplimiento de los objetivos del sistema operativo.

Finalmente, el proceso de creación y la información inicial de dichas tablas necesariamente debe estar asistido por el entorno creado por el humano, en este sentido se ha desarrollado el firmware de interfaz de arranque denominado BIOS-SETUP.

El bloque de control de procesos PCB es una de las más importantes estructuras de información de control, dentro de la tabla de procesos. Dicha información se agrupa en las siguientes tres categorías:

• Información de identificación.
• Información del estado del procesador.
• Información de control.

El bloque de control de procesos es una de las estructuras de información imprescindible para la ejecución de procesos, por esta razón el sistema operativo protege la información contenida en él contra posibles ataques de los programas de usuario, estableciendo dos modos de operación: modo usuario y modo núcleo, los cuales determinan los nivel es de seguridad, privilegios y control que pueden tener los procesos que se ejecuten en uno u otro modo.

Con la definición del sistema operativo que se ha adoptado, “Programa de control”, se podría pensar que el sistema operativo necesita de procesos para su ejecución que también dependen de su estructura.

Es por ello que se han planteado tres enfoques que permiten establecer cómo comparten los programas de usuario y de sistema operativo los diversos contextos de ejecución. Todos estos con base en las descripciones de los equipos de diseño de sistema operativos, con ventajas e inconvenientes, pero que sintetizan la operación del sistema operativo y de los programas de usuario.

Actualmente, el enfoque adoptado por los sistemas operativos modernos es el de micronúcleo que consiste en determinar las funciones esenciales del sistema agrupándolas en el núcleo, el resto de aplicaciones y servicios se denominan procesos de utilería que se encuentran fuera del éste e interactúan a través del paso de mensajes.

En los sistemas operativos modernos, se diferencian dos características de los procesos dando lugar a la unidad de expedición o hilo (proceso ligero) y la unidad propietaria del recurso o proceso como tal.

Material de apoyo

La eficiencia del sistema operativo se debe a la buena administración que se haga del procesador, la cual se logra abasteciéndolo de manera adecuada con procesos para que en la medida en que se ejecuten den paso en memoria a otros procesos.

La planificación de procesos representa la necesidad de definir, controlar y garantizar el grado de la multiprogramación de forma que sea eficiente y equitativa para todos los procesos. Esta planificación se establece con base en tres propósitos: tiempo de respuesta, productividad del sistema y eficiencia del procesador; los cuales determinan los niveles y las políticas de planificación.

De igual forma, los procesos pueden tener dos alternativas para utilizar el procesador: modo preferente y no preferente.

Material de apoyo

El distribuidor o planificador de corto plazo se basa en algoritmos que permiten establecer cuál será el próximo proceso que debe ser ejecutado. De acuerdo con las características de cada algoritmo, el distribuidor establece una política de selección que en algunos casos beneficia a los procesos cortos, en otros casos a los procesos largos, o con carga de sistema o de E/S.

El algoritmo también establece el modo de decisión y la forma como se resuelven los casos de igualdad de parámetros; a estos algoritmos se les denomina Políticas de Planificación de Procesos PPP.

Para que la política de planificación pueda desarrollar apropiadamente su función es necesario que se establezcan algunas variables de acuerdo con las decisiones que se dan al interior de la política, las cuales están ligadas al factor tiempo.

Al hacer la claridad de los tipos de archivos que existen y de ellos resaltar aquellos que pueden llegar a hacer uso del procesador, se evidencia la importancia de reconocer los archivos ejecutables (.exe y .com).

Ellos se encuentran almacenados inicialmente en el disco (o algún dispositivo de almacenamiento de información), al solicitarle al sistema operativo que los ejecute se observan una cantidad de cambios que inician en la tarea, la asignación del Bloque de Control de Proceso PCB, la asignación de memoria, recursos y la estructuración como proceso.

Los modelos de estados y transiciones permiten ubicar en todo momento a los los procesos, determinando cuál será su próxima ejecución y qué tipo de recursos tiene asignados. Los modelos de estados y transiciones permiten a su vez establecer un método de utilización del procesador eficiente y equitativo, a través de las políticas de planificación.

Las políticas de planificación de procesos establecen entonces el modo en el cual esos procesos pueden utilizar el procesador para asegurar que se cumple el concepto de multiprogramación.

Actividad de aprendizaje

La eficiencia del sistema operativo se debe a la buena administración que se haga del procesador. Por favor relacione los conceptos vistos en la unidad en la siguiente actividad.