La responsabilidad principal del sistema operativo es el control de la ejecución de los procesos; esto incluye la determinación de las pautas de intercalado que se van a seguir y la asignación de recursos a los procesos. Para poder diseñar el sistema operativo de una forma efectiva, se necesita tener un modelo claro del comportamiento de un proceso.
El primer paso que controle los procesos es describir el comportamiento que se los procesos.
El modelo más sencillo que puede construirse tiene en cuenta que, en un momento dado, un proceso puede estar ejecutándose en el procesador o no. Así pues, un proceso puede estar en uno de dos estados: Ejecución o No Ejecución. Cuando el sistema operativo crea un nuevo proceso, éste entra en el sistema en estado de No Ejecución. De este modo, el proceso existe, es conocido por el sistema operativo y está esperando la oportunidad de ejecutarse. De cuando en cuando, el proceso que está ejecutando será interrumpido y el programa distribuidor del sistema operativo seleccionará un nuevo proceso para que se ejecute. El proceso anterior pasa del estado de Ejecución al estado de No Ejecución y uno de los demás procesos pasará al estado de Ejecución. Incluso en este modelo tan simple ya se comienzan a apreciar algunos de los elementos de diseño del sistema operativo. Cada proceso debe representarse de forma que el sistema operativo pueda seguirle la pista. Esto es, debe haber información relativa a cada proceso, incluyendo su estado actual y su posición en memoria. Aquellos procesos que no están ejecutándose tienen que guardarse en algún tipo de cola, para que esperen su tumo de ejecución.
Estados de un proceso
Un total de nueve estados de proceso son los reconocidos por el sistema operativo UNIX; éstos están reflejados en La tabla 3.13 y un diagrama de transición de estados se muestra en La figura 3.16. Esta figura es bastante similar a la figura 3.7, con los dos estados de Dormido de UNIX correspondientes a los dos estados de Bloqueado. Las diferencias pueden resumirse rápidamente a continuación:
• UNIX emplea dos estados de Ejecución, que indican si el proceso está ejecutando en modo de usuario o en modo núcleo.
• Se hace una distinción entre los estados: Listo para Ejecutar y en Memoria, frente al estado de Expulsado. Estos dos estados son, básicamente, el mismo, como se indica por la línea de puntos que los une. Se hace la distinción para enfatizar la forma en que se pasa al estado Expulsado. Cuando un proceso esté ejecutándose en modo núcleo (como resultado de una llamada del supervisor, una interrupción de reloj, o una interrupción de E/S), llegara un momento en el que el núcleo termine su trabajo y esté listo para devolver el control al programa de usuario. En este punto, el núcleo puede decidir expulsar el proceso en curso en favor de alguno que esté listo y tenga mayor prioridad
El modelo de transición de estados que se ha desarrollado. (Las líneas discontinuas en la figura indican transiciones posibles pero no necesarias). Las nuevas e importantes transiciones son las siguientes:
• Bloqueado _ Bloqueado y suspendido: Si no hay procesos Listos, entonces al menos un proceso Bloqueado se expulsa para dar cabida a otro proceso que no esté bloqueado. Esta transición puede hacerse aun cuando hay procesos listos disponibles, cuando el sistema operativo determina que el proceso que está actualmente en Ejecución o un proceso Listo que serla conveniente expedir requiere más memoria principal para mantener un rendimiento adecuado.
• Bloqueado y suspendido _ Listo y suspendido: Un proceso en estado Bloqueado y suspendido se pasa al estado Listo y suspendido cuando ocurre el suceso que estaba esperando. Nótese que esto requiere que esté accesible para el sistema operativo la información relativa a los procesos Suspendidos.
• Listo y suspendido _ Listo: Cuando no hay procesos Listos en la memoria principal, el sistema operativo tendrá que traer uno para continuar la ejecución. Además, puede darse el caso de que un proceso en estado Listo y suspendido tenga una prioridad mayor que la de un proceso en estado Listo. En tal caso, el diseñador del sistema operativo puede decidir que es más importante tomar el proceso de mayor prioridad que minimizar el intercambio.
• Listo _ Listo y suspendido: Generalmente, el sistema operativo prefiere suspender a un proceso Bloqueado en vez de a uno Listo, ya que el proceso Listo podría ejecutarse de inmediato, mientras que el proceso Bloqueado estará ocupando espacio en la memoria principal sin poder ejecutarse. Sin embargo, puede ser necesario suspender un proceso Listo si ésta es la única forma de liberar un bloque lo suficientemente grande de memoria principal. Por último el sistema operativo puede escoger suspender un proceso Listo de más baja prioridad en lugar de uno Bloqueado que sea de prioridad más alta si él cree que el proceso Bloqueado pronto estará listo.
Estados de un Proceso en UNIX Ejecución en modo de usuario Ejecutando en modo usuario. Ejecución en modo del núcleo Ejecutando en modo del núcleo. Listo para ejecutar y en memoria Listo para ejecutar tan pronto como el núcleo lo planifique. Dormido y en memoria No dispuesto para ejecutar hasta que se produzca un suceso; el proceso está en memoria principal.
Listo para ejecutar y descargado El proceso está listo para ejecutar, pero se debe cargar el proceso en memoria principal antes de que el núcleo pueda planificarlo para su ejecución. Dormido y descargado El proceso está esperando un suceso y ha sido expulsado al almacenamiento secundario. Expulsado El proceso retorna del modo núcleo al modo usuario pero el n6cleo lo expulsa y realiza un cambio de contexto para para planificar otro proceso. Creado El proceso está recién creado y aún no está aún listo para ejecutar. Zombi El proceso ya no existe, pero deja un registro para que lo recoja el proceso padre.
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