Sistemas Operativos – Manejador de procesos – Los Procesos

En el post de Manejador de Procesos – Fundamentos identificamos la manera en que trabaja una CPU y diferenciamos los sistemas monotarea y los sistemas multitarea donde pudimos ver como hace el sistema para ejecutar varios procesos a la vez. Así mismo revisamos el tema de lo que es el estado de ejecución de un proceso en un entorno multitarea.

El Proceso

Un proceso esta básicamente compuesto por un conjunto de instrucciones, pero hasta allí nada lo diferencia de lo que es un programa guardado en disco, el proceso se define por estar en ejecución – o al menos esperando para ejecución- sino esta en ejecución no hay proceso.

Un proceso en ejecución entonces tiene, además de sus instrucciones, características propias que lo describen y que definen su estado mientras este se ejecuta, estas características son:

  • El estado del proceso: el valor de cada uno de los registros del procesador y las las banderas establecidas
  • El conjunto de instrucciones
  • La pila (es decir el Stack)
  • Memoria de trabajo > Espacio de memoria reservado en el heap (es decir el montón de memoria) y sus contenidos

Las describiremos con mayor detalle.

El Estado Del Proceso

En cada ciclo de reloj existe un estado diferente de cada proceso.
Un ciclo de reloj está comprendido desde que se envía una instrucción -del conjunto de instrucciones del procesador- hasta que se obtiene una respuesta.

Una forma fácil de ver que es el estado de un proceso es imaginar un proceso en ejecución como una película, compuesta por muchos cuadros independientes, si tomamos uno de los cuadros tenemos una fotografía de un único instante en el tiempo de ejecución, esa fotografía es el estado del proceso.

En ese estado podemos identificar que datos tenia el procesador en cada uno de sus registros en ese momento, así como las banderas que se encontraban activadas.

Esto permite, por ejemplo y como lo vimos en el post anterior, suspender un proceso de repente y volverlo a activar posteriormente justo donde se encontraba.

Simplemente tomando su estado y en otro momento restableciéndolo el proceso podrá seguir con la ejecución justo donde estaba.

El Conjunto de Instrucciones

El proceso en memoria tiene un conjunto de instrucciones asociado, esto es lo que podriamos llamar el programa en ejecución que a primera vista podria entenderse como una secuencia de instrucciones aunque realmente pueden ser varias secuencias incluso pasando información entre ellas.

La Pila – El Stack

A bajo nivel la mayoría del trabajo no se hace accediendo directamente a los objetos sino a los registros y a una útil herramienta llamada stack, como su nombre lo indica el stack es una pila (una lista apilada) donde los elementos se colocan uno sobre otro y solo es accesible de manera inmediata el elemento que esta en la cima de la pila.

Allí es donde los objetos se almacenan de manera temporal previo a su utilización.

La porción de memoria donde se localiza el stack (stack segment) esta alineada con la porción de memoria donde están las instrucciones de un programa (code segment)

Su funcionamiento es muy sencillo y consta de dos instrucciones principales: POP y PUSH.

POP quita un elemento de la cima de la pila y lo coloca en uno de los registros:

POP envia nu elemento al registro BX

PUSH coloca un elemento de uno de los registros en la cima de la pila:
PUSH saca un elemento del registro AX

Un stack solo pertenece a un único proceso, el stack se crea en el momento que el programa se carga en memoria, es decir el programa guardado en disco no tiene stack, pero cuando el programa se vuelve un proceso el OS le crea un stack.

A quien desee una explicación más detallada al respecto nuevamente le recomiendo que estudie el Tutorial de Assembler.

Memoria de Trabajo

De manera habitual los tipos valor (como enteros, caracteres sencillos, flotantes etc. y algunas estructuras más complejas) son guardados en el stack, mientras que los tipos referencia son guardados en la memoria de trabajo.

Cuando en programación se usa un objeto por referencia realmente sucede que en el stack se guarda una dirección que apunta a la memoria de trabajo (puntero), exactamente a donde se encuentra el objeto referenciado.

referencia en el stack apuntando al heap

De esta forma un objeto puede tener referenciadas varias porciones de memoria como parte de su memoria de trabajo, y es el sistema operativo quien lleva un inventario de que páginas de memoria han sido asignadas a un proceso determinado, y a la vez lleva un inventario de que porciones de esa página se están usando desde los objetos del proceso.

Con la información que hemos revisado hasta el momento ya podemos meternos en temas u poco más complejos, pero no se preocupen que mantendré el estilo que he usado hasta ahora, veremos solo la información necesaria para entender de que se trata el asunto y dejaremos los tecnicismos para los libros o para otras web dedicadas al tema.

Espero sus comentarios y no duden en compartirlo ;)

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