Gestión de Procesos

Definición

Un proceso es una instancia de un programa en ejecución que posee su propio espacio de memoria, estado y contexto. Requiere recursos del sistema como CPU, memoria, dispositivos de entrada y salida, así como mecanismos de comunicación y control.

Un programa, por el contrario, es un conjunto de instrucciones pasivo almacenado en disco que se convierte en proceso únicamente cuando el sistema operativo lo carga y ejecuta.

Conceptos Fundamentales

Programa: Conjunto de instrucciones escritas en un lenguaje de programación que permanecen inactivas hasta que son ejecutadas. Ejemplo: un archivo .exe antes de ser abierto.
Proceso: Programa en ejecución que necesita recursos del sistema. Es activo, ocupa memoria y es administrado por el sistema operativo.

• Diferencias entre Programa y Proceso

El programa es pasivo, el proceso es activo.
Un programa se convierte en proceso al ser cargado en memoria.
Un proceso necesita recursos y posee un contexto de ejecución.

Ciclo de Vida de un Proceso

• Estados del Proceso

Nuevo (New): El proceso está siendo creado.
Listo (Ready): Se encuentra cargado en memoria esperando turno en la CPU.
Ejecutando (Running): La CPU está ejecutando el proceso.
Esperando/Bloqueado (Waiting): El proceso espera por un recurso o evento externo.
Terminado (Terminated): Finalizó su ejecución.

• Transiciones entre Estados

Nuevo → Listo: proceso preparado para ejecutar.
Listo → Ejecutando: el planificador asigna CPU.
Ejecutando → Esperando: requiere un recurso externo.
Esperando → Listo: el recurso está disponible.
Ejecutando → Listo: interrupción del planificador.
Ejecutando → Terminado: finaliza ejecución.

Estructura de un Proceso (PCB)

El Process Control Block (PCB) es la estructura que contiene toda la información necesaria para administrar un proceso.

• Componentes del PCB

PID: Identificador único del proceso.
Estado del proceso: Estado dentro del ciclo de vida.
Contador de programa: Próxima instrucción a ejecutar.
Registros: Información temporal usada por el proceso.
Información de planificación: Prioridad, tiempos de CPU.
Gestión de memoria: Segmentos/páginas asignados.
Entrada/Salida: Dispositivos y archivos asociados.
Recursos asignados: Recursos de hardware/software utilizados.
Comunicación entre procesos: Pipes, colas de mensajes, etc.

Planificación de Procesos

La planificación determina qué proceso será ejecutado por la CPU.

• Algoritmos de Planificación

FCFS (First Come First Served): Atiende en orden de llegada.
SJF (Shortest Job First): Ejecuta primero el proceso más corto.
Round Robin: Usa un quantum para repartir tiempo de CPU.
Prioridad: Ejecuta primero los procesos con mayor prioridad.

Sincronización de Procesos

La sincronización evita condiciones de carrera en el acceso a recursos compartidos.

• Mecanismos de Sincronización

Semáforos: Controlan acceso mediante wait() y signal().
Monitores: Garantizan acceso ordenado a variables compartidas.
Mutex: Permiten exclusión mutua en secciones críticas.

• Problemas Comunes

Condiciones de carrera.
Necesidad de orden y exclusión mutua.

Interbloqueo

Ocurre cuando varios procesos quedan esperando indefinidamente recursos retenidos por otros.

• Condiciones del Interbloqueo

Exclusión mutua.
Retención y espera.
No apropiación.
Espera circular.

• Manejo del Interbloqueo

Prevención mediante reglas del sistema.
Algoritmo del banquero.
Detección y recuperación.

Tipos de Procesos

Independientes: No dependen de otros procesos ni comparten recursos.
Interdependientes: Comparten recursos y requieren comunicación.
Procesos de Usuario: Iniciados por aplicaciones del usuario.
Procesos del Sistema: Generados por el sistema operativo.
Procesos en Primer Plano: Requieren interacción directa con el usuario.
Procesos en Segundo Plano: Se ejecutan sin intervención del usuario.

Creación y Eliminación de Procesos

• Creación

Linux/UNIX: fork()
Windows: CreateProcess()

• Eliminación

Voluntaria: usuario o proceso decide terminar.
Forzada: el sistema operativo finaliza un proceso.

Jerarquía de Procesos

Padre: Proceso que crea otro.
Hijo: Proceso generado por el padre.

Los sistemas suelen formar árboles jerárquicos de procesos.

Asignación de Recursos

El sistema operativo administra los recursos que utiliza un proceso:

CPU mediante el scheduler.
Memoria mediante segmentación o paginación.
Entradas y salidas mediante controladores.

Glosario

Proceso: Programa en ejecución.
Programa: Conjunto de instrucciones almacenadas.
PCB: Estructura con información del proceso.
PID: Identificador único de un proceso.
Foreground/Background: Procesos en primer y segundo plano.
Scheduler: Planificador de CPU.
Semáforo: Variable usada para sincronización.
Mutex: Exclusión mutua.
Interbloqueo: Espera circular entre procesos.

CC PROJECT