Resumen de Procesos y Hilos en Sistemas Operativos

## Introducción Los sistemas operativos gestionan la ejecución de programas transformándolos en procesos y hilos que comparten recursos del hardware. Este material explica conceptos clave de procesos, planificación, sincronización y comunicación entre hilos, con ejemplos y comparaciones prácticas para facilitar el autoaprendizaje. ## Unidad: Procesos e Hilos ### ¿Qué es un proceso? > Un proceso es una abstracción de un programa en ejecución que incluye su espacio de direcciones de memoria, registros del procesador, contador de programa, pila y recursos asignados por el sistema. - Un proceso contiene: segmento de texto (código), segmento de datos, pila (stack) y montón (heap). - Ejemplo práctico: ejecutar un editor de texto crea un proceso con su propio espacio de memoria independiente de otros programas. ### Estados de un proceso > Un proceso puede encontrarse en tres estados esenciales: En ejecución (Running), Listo (Ready) o Bloqueado (Blocked). - Running: ocupa la CPU en ese instante. - Ready: puede ejecutarse pero espera a que la CPU esté libre. - Blocked: espera un evento externo (p. ej. fin de E/S). ### Cambios de contexto (context switch) > Un cambio de contexto ocurre cuando el sistema operativo suspende la ejecución del proceso activo, guarda su estado en el PCB y carga el estado de otro proceso. - El PCB (Bloque de Control de Proceso) almacena registros, contador de programa, estado y otros datos. - Ejemplo: al recibir una interrupción de reloj, el scheduler puede provocar un cambio de contexto. ## Planificación de procesos ### ¿Quién decide la siguiente ejecución? > El planificador de procesos (Scheduler) del sistema operativo decide cuál proceso en estado Ready ocupará la CPU. ### Tipos de planificación - Apropiativa (preemptive): el SO puede interrumpir un proceso en ejecución y retirarle la CPU. - No apropiativa (non-preemptive): el proceso mantiene la CPU hasta que termina o se bloquea. ### Algoritmo Round Robin > Round Robin es un algoritmo apropiativo para sistemas de tiempo compartido que asigna a cada proceso un cuanto de tiempo (quantum) cíclico de CPU. - Métrica central: el tamaño del quantum, que equilibra latencia y coste en cambios de contexto. - Ejemplo: con quantum de 10 ms, cada proceso activo obtiene 10 ms por turno. ## Concurrencia y sincronización ### Hilos vs procesos > Los procesos tienen espacios de direcciones aislados; los hilos dentro del mismo proceso comparten el espacio de direcciones y archivos abiertos. - Hilo individual posee su propio contador de programa, pila y registros, pero comparte memoria global y descriptores de archivos. - Hilos en espacio de usuario (user-level threads) se gestionan mediante bibliotecas sin intervención del núcleo. ### Exclusión mutua y regiones críticas > La exclusión mutua evita que dos procesos entren simultáneamente en su región crítica. - Condiciones para una solución correcta (resumen): 1. Exclusión mutua: dos procesos no pueden estar a la vez en la región crítica. 2. Progreso: si ningún proceso está en la región crítica, la decisión de entrar debe ser tomada por los procesos en lista de espera. 3. Espera limitada (ausencia de hambruna): ningún proceso debe esperar indefinidamente. 4. Independencia de velocidades: no asumir velocidades específicas ni número de CPUs. - Enfoques para exclusión mutua: 1. Soluciones por hardware (deshabilitar interrupciones, instrucciones atómicas como Test-and-Set). 2. Soluciones por software (algoritmo de Peterson). 3. Primitivas del kernel (semáforos, mutexes, monitores). ### Semáforos y mutex > Semáforos: primitivas de sincronización formalizadas por Edsger Dijkstra; permiten señales y esperas para recursos contables. Mutex: cerrojo para asegurar que un solo hilo acceda a la región crítica. - Ejemplo: semáforo con contador inicial 3 permite que 3 hilos accedan simultáneamente a un recurso. ### Monitores > Un monitor agrupa variables y procedimientos en un paquete donde el compilador o