En informática terminal se refiere al dispositivo hardware usado para introducir o mostrar datos de una computadora. Por extensión puede entenderse como terminal la línea de comandos, que es el software que habitualmente se asociaba a estos terminales
Los sistemas originales UNIX® no tenín consolas. En su lugar la gente se firmaba y corría programas a través de terminales conectadas a los puertos serie de la computadora. Es bastante similar a usar un modem y un programa de terminal para marcar hacia un sistema remoto para hacer trabajo en modo texto.
Las PCs actuales tienen consolas con gráficos de alta calidad, pero la habilidad para establecer una sesión en un puerto serie todavía existe en casi cualquier sistema operativo UNIX al día de hoy; FreeBSD no es la excepción. Utilizando una terminal conectada a un puerto serie libre, usted puede accesar y correr cualquier programa de texto que podría correr normalmente en la consola o en una ventana xterm en el sistema X Window.
Para el usuario corporativo, se pueden conectar muchas terminales a un sistema FreeBSD y ponerlas en los escritorios de sus empleados. Para un usuario casero, una computadora de reserva, como una IBM PC más antigua o una Macintosh®, puede ser una terminal cableada a una computadora más poderosa corriendo FreeBSD. Puede convertir lo que de otra manera sería una computadora de un solo usuario en un poderoso sistema de usuarios múltiples.
Para FreeBSD, existen tres clases de terminales:
• Terminales tontas
• PCs actuando como terminales
• Terminales X
4.1.1 organizacion de la memoria
Los sistemas de administración de memoria se pueden clasificar en dos tipos: los que desplazan los procesos de la memoria principal al disco y viceversa durante la ejecución y los que no.
El propósito principal de una computadora es el de ejecutar programas, estos programas, junto con la información que accesan deben de estar en la memoria principal (al menos parcialmente) durante la ejecución.
Para optimizar el uso del CPU y de la memoria, el sistema operativo debe de tener varios procesos a la vez en la memoria principal, para lo cual dispone de varias opciones de administración tanto del procesador como de la memoria. La selección de uno de ellos depende principalmente del diseño del hardwarepara el sistema. A continuación se observarán los puntos correspondientes a la administración de la memoria.
Se jerarquizan en: memoria real, memoria virtual y segmentación
El propósito principal de una computadora es el de ejecutar programas, estos programas, junto con la información que accesan deben de estar en la memoria principal (al menos parcialmente) durante la ejecución.
Para optimizar el uso del CPU y de la memoria, el sistema operativo debe de tener varios procesos a la vez en la memoria principal, para lo cual dispone de varias opciones de administración tanto del procesador como de la memoria. La selección de uno de ellos depende principalmente del diseño del hardwarepara el sistema. A continuación se observarán los puntos correspondientes a la administración de la memoria.
Se jerarquizan en: memoria real, memoria virtual y segmentación
4.1.2 administrador de la memoria
El Administrador De Memoria se refiere a los distintos métodos y operaciones que se encargan de obtener la máxima utilidad de la memoria, organizando los procesos y programas que se ejecutan de manera tal que se aproveche de la mejor manera posible el espacio disponible.
Para poder lograrlo, la operación principal que realiza es la de trasladar la información que deberá ser ejecutada por el procesador, a la memoria principal. Actualmente esta administración se conoce como Memoria Virtual ya que no es la memoria física del procesador sino una memoria virtual que la representa. Entre algunas ventajas, esta memoria permite que el sistema cuente con una memoria más extensa teniendo la misma memoria real, con lo que esta se puede utilizar de manera más eficiente. Y por supuesto, que los programas que son utilizados no ocupen lugar innecesario.
Las técnicas que existen para la carga de programas en la memoria son: partición fija, que es la división de la memoria libre en varias partes (de igual o distinto tamaño) y la partición dinámica, que son las particiones de la memoria en tamaños que pueden ser variables, según la cantidad de memoria que necesita cada proceso.
Para poder lograrlo, la operación principal que realiza es la de trasladar la información que deberá ser ejecutada por el procesador, a la memoria principal. Actualmente esta administración se conoce como Memoria Virtual ya que no es la memoria física del procesador sino una memoria virtual que la representa. Entre algunas ventajas, esta memoria permite que el sistema cuente con una memoria más extensa teniendo la misma memoria real, con lo que esta se puede utilizar de manera más eficiente. Y por supuesto, que los programas que son utilizados no ocupen lugar innecesario.
Las técnicas que existen para la carga de programas en la memoria son: partición fija, que es la división de la memoria libre en varias partes (de igual o distinto tamaño) y la partición dinámica, que son las particiones de la memoria en tamaños que pueden ser variables, según la cantidad de memoria que necesita cada proceso.
4.1.3 jerarquia de la memoria
Se conoce como jerarquía de memoria a la organización piramidal de la memoria en niveles, que tienen los ordenadores. Su objetivo es conseguir el rendimiento de una memoria de gran velocidad al coste de una memoria de baja velocidad, basándose en el principio de cercanía de referencias.
Los puntos básicos relacionados con la memoria pueden resumirse en:
* Cantidad
* Velocidad
* Coste
La cuestión de la cantidad es simple, cuanto más memoria haya disponible, más podrá utilizarse. La velocidad óptima para la memoria es la velocidad a la que el procesador puede trabajar, de modo que no haya tiempos de espera entre cálculo y cálculo, utilizados para traer operandos o guardar resultados. En suma, el costo de la memoria no debe ser excesivo, para que sea factible construir un equipo accesible.
Los puntos básicos relacionados con la memoria pueden resumirse en:
* Cantidad
* Velocidad
* Coste
La cuestión de la cantidad es simple, cuanto más memoria haya disponible, más podrá utilizarse. La velocidad óptima para la memoria es la velocidad a la que el procesador puede trabajar, de modo que no haya tiempos de espera entre cálculo y cálculo, utilizados para traer operandos o guardar resultados. En suma, el costo de la memoria no debe ser excesivo, para que sea factible construir un equipo accesible.
4.1.4 estrategias para la administracion de memoria
ADMINISTRACION DE MEMORIA CONCEPTO:
La memoria principal puede ser considerada como un arreglo lineal de localidades de almacenamiento de un byte de tamaño. Cada localidad de almacenamiento tiene asignada una dirección que la identifica.
POLITICAS Y FILOSOFIA DE LA ADMINISTRACION DE LA MEMORIA.
La memoria principal es el lugar donde el CPU lee las instrucciones a ejecutar, asi como algunos datos a emplear.
Una de las funciones básicas que debe implementar un SO es la Administración de la Memoria para tener un control sobre los lugares donde están almacenados los procesos y datos que actualmente se están utilizando.
MECANISMOS DE ASIGNACION. Un mecanismo de asignación determina la cantidad de bloques (particiones) que serán administrados en la memoria.
Existen 3 mecanismos de Asignación:
1. ASIGNACIÓN DE UNA PARTICIÓN. En la memoria se considera la existencia de una sola partición, esto es, se tiene la capacidad de ejecutar un proceso. La partición es toda la memoria, cuya administración corre por cuenta del usuario, o sea, no hay un sistema operativo.
2. ASIGNACIÓN DE DOS PARTICIONES. La memoria se divide en 2 bloques. En una partición se carga el Sistema Operativo y en la otra el programa del usuario. Es el concepto de Sistema Operativo Monousuario.
3. ASIGNACIÓN DE MULTIPLES PARTICIONES. La memoria es dividida en varias particiones una para el Sistema Operativo y las demás para los procesos de usuarios u otras funciones especiales del Sistema Operativo. Este es el concepto teórico de asignación de memoria en los Sistemas Operativos de Multiparticiones y de Multitarea..
ESTRATEGIAS DE ASIGNACIÓN.
Una estrategia de asignación de memoria determina el lugar donde será cargado un nuevo proceso en base a un criterio.
Las estrategias de asignación son:
1. PRIMER AJUSTE. El Sistema Operativo asigna el primer bloque de memoria libre con espacio suficiente para satisfacer la información. La búsqueda de este bloque es de manera secuencial.
2. MEJOR AJUSTE. El sistema operativo busca el bloque de memoria que represente el menor desperdicio según el requerimiento.
3. PEOR AJUSTE. El sistema operativo asigna el bloque mas grande que encuentre.
MÉTODOS DE ASIGNACIÓN DE MEMORIA.
Un método de asignación de memoria es la manera mediante la cual el Sistema Operativo lleva el control de la memoria tratando de que sea lo más eficiente posible.
Los métodos de asignación más comunes son:
SEGMENTACIÓN.
Este método consiste en la asignación de bloques de memoria de tamaño variable, llamados segmentos. El tamaño de cada segmento será el requerido según la petición, por ejemplo el tamaño del proceso a cargar.
El tamaño máximo para un segmento estará determinado por la capacidad de direccionamiento del hardware de la computadora, esto es, de cuantos bits se dispone para almacenar una dirección. El acceso a cada elemento individual (byte) en la memoria se hace mediante una dirección de memoria que se integra por dos elementos: una dirección de segmento y una de desplazamiento.
La combinación (suma) de la dirección de segmento y la de desplazamiento generan la dirección de memoria absoluta a accesar.
La memoria principal puede ser considerada como un arreglo lineal de localidades de almacenamiento de un byte de tamaño. Cada localidad de almacenamiento tiene asignada una dirección que la identifica.
POLITICAS Y FILOSOFIA DE LA ADMINISTRACION DE LA MEMORIA.
La memoria principal es el lugar donde el CPU lee las instrucciones a ejecutar, asi como algunos datos a emplear.
Una de las funciones básicas que debe implementar un SO es la Administración de la Memoria para tener un control sobre los lugares donde están almacenados los procesos y datos que actualmente se están utilizando.
MECANISMOS DE ASIGNACION. Un mecanismo de asignación determina la cantidad de bloques (particiones) que serán administrados en la memoria.
Existen 3 mecanismos de Asignación:
1. ASIGNACIÓN DE UNA PARTICIÓN. En la memoria se considera la existencia de una sola partición, esto es, se tiene la capacidad de ejecutar un proceso. La partición es toda la memoria, cuya administración corre por cuenta del usuario, o sea, no hay un sistema operativo.
2. ASIGNACIÓN DE DOS PARTICIONES. La memoria se divide en 2 bloques. En una partición se carga el Sistema Operativo y en la otra el programa del usuario. Es el concepto de Sistema Operativo Monousuario.
3. ASIGNACIÓN DE MULTIPLES PARTICIONES. La memoria es dividida en varias particiones una para el Sistema Operativo y las demás para los procesos de usuarios u otras funciones especiales del Sistema Operativo. Este es el concepto teórico de asignación de memoria en los Sistemas Operativos de Multiparticiones y de Multitarea..
ESTRATEGIAS DE ASIGNACIÓN.
Una estrategia de asignación de memoria determina el lugar donde será cargado un nuevo proceso en base a un criterio.
Las estrategias de asignación son:
1. PRIMER AJUSTE. El Sistema Operativo asigna el primer bloque de memoria libre con espacio suficiente para satisfacer la información. La búsqueda de este bloque es de manera secuencial.
2. MEJOR AJUSTE. El sistema operativo busca el bloque de memoria que represente el menor desperdicio según el requerimiento.
3. PEOR AJUSTE. El sistema operativo asigna el bloque mas grande que encuentre.
MÉTODOS DE ASIGNACIÓN DE MEMORIA.
Un método de asignación de memoria es la manera mediante la cual el Sistema Operativo lleva el control de la memoria tratando de que sea lo más eficiente posible.
Los métodos de asignación más comunes son:
SEGMENTACIÓN.
Este método consiste en la asignación de bloques de memoria de tamaño variable, llamados segmentos. El tamaño de cada segmento será el requerido según la petición, por ejemplo el tamaño del proceso a cargar.
El tamaño máximo para un segmento estará determinado por la capacidad de direccionamiento del hardware de la computadora, esto es, de cuantos bits se dispone para almacenar una dirección. El acceso a cada elemento individual (byte) en la memoria se hace mediante una dirección de memoria que se integra por dos elementos: una dirección de segmento y una de desplazamiento.
La combinación (suma) de la dirección de segmento y la de desplazamiento generan la dirección de memoria absoluta a accesar.
4.1.5 multiprogramacion con particiones y variables fijas
Para poder implementar la multiprogramación, se puede hacer uso de particiones fijas o variables en la memoria. En el caso de las particiones fijas, la memoria se puede organizar dividiéndose en diversas partes, las cuales pueden variar en tamaño. Esta partición la puede hacer el usuario en forma manual, al iniciar una sesión con la máquina.
Una vez implementada la partición, hay dos maneras de asignar los procesos a ella. La primera es mediante el uso de una cola única que asigna los procesos a los espacios disponibles de la memoria conforme se vayan desocupando. El tamaño del hueco de memoria disponible es usado para localizar en la cola el primer proceso que quepa en él. Otra forma de asignación es buscar en la cola el proceso de tamaño mayor que se ajuste al hueco, sin embargo hay que tomar en cuenta que tal método discrimina a los procesos más pequeños. Dicho problema podría tener solución si se asigna una partición pequeña en la memoria al momento de hacer la partición inicial, el cual sería exclusivo para procesos pequeños.
Esta idea nos lleva a la implementación de otro método para particiones fijas, que es el uso de diferentes colas independientes exclusivas para cierto rango en el tamaño de los procesos. De esta manera al llegar un proceso, éste sería asignado a la cola de tamaño más pequeño que la pueda aceptar. La desventaja en esta organización es que si una de las colas tiene una larga lista de procesos en espera, mientras otra cola esta vacía, el sector de memoria asignado para ese tamaño de procesos estaría desperdiciándose.
Multiprogramación con particiones variables
Este esquema fue originalmente usado por el sistema operativo IBM OS/360 (llamado MFT), el cual ya no está en uso. El sistema operativo lleva una tabla indicando cuáles partes de la memoria están disponibles y cuáles están ocupadas. Inicialmente, toda la memoria está disponible para los procesos de usuario y es considerado como un gran bloque o hueco único de memoria. Cuando llega un proceso que necesita memoria, buscamos un hueco lo suficientemente grande para el proceso. Si encontramos uno, se asigna únicamente el espacio requerido, manteniendo el resto disponible para futuros procesos que requieran de espacio. Cuando a un proceso se le asigna un espacio y es cargado a la memoria principal, puede entonces competir para el uso del CPU.
Una vez implementada la partición, hay dos maneras de asignar los procesos a ella. La primera es mediante el uso de una cola única que asigna los procesos a los espacios disponibles de la memoria conforme se vayan desocupando. El tamaño del hueco de memoria disponible es usado para localizar en la cola el primer proceso que quepa en él. Otra forma de asignación es buscar en la cola el proceso de tamaño mayor que se ajuste al hueco, sin embargo hay que tomar en cuenta que tal método discrimina a los procesos más pequeños. Dicho problema podría tener solución si se asigna una partición pequeña en la memoria al momento de hacer la partición inicial, el cual sería exclusivo para procesos pequeños.
Esta idea nos lleva a la implementación de otro método para particiones fijas, que es el uso de diferentes colas independientes exclusivas para cierto rango en el tamaño de los procesos. De esta manera al llegar un proceso, éste sería asignado a la cola de tamaño más pequeño que la pueda aceptar. La desventaja en esta organización es que si una de las colas tiene una larga lista de procesos en espera, mientras otra cola esta vacía, el sector de memoria asignado para ese tamaño de procesos estaría desperdiciándose.
Multiprogramación con particiones variables
Este esquema fue originalmente usado por el sistema operativo IBM OS/360 (llamado MFT), el cual ya no está en uso. El sistema operativo lleva una tabla indicando cuáles partes de la memoria están disponibles y cuáles están ocupadas. Inicialmente, toda la memoria está disponible para los procesos de usuario y es considerado como un gran bloque o hueco único de memoria. Cuando llega un proceso que necesita memoria, buscamos un hueco lo suficientemente grande para el proceso. Si encontramos uno, se asigna únicamente el espacio requerido, manteniendo el resto disponible para futuros procesos que requieran de espacio. Cuando a un proceso se le asigna un espacio y es cargado a la memoria principal, puede entonces competir para el uso del CPU.
4.2 MEMORIA REAL
La memoria real o principal es en donde son ejecutados los programas y procesos de una computadora y es el espacio real que existe en memoria para que se ejecuten los procesos. Por lo general esta memoria es de mayor costo que la memoria secundaria, pero el acceso a la información contenida en ella es de más rápido acceso. Solo la memoria cache es más rápida que la principal, pero su costo es a su vez mayor.
4.2.1 administracion de la memoria con mapa de bits
Este tipo de administración divide la memoria en unidades de asignación, las cuales pueden ser tan pequeñas como unas cuantas palabras o tan grandes como varios kilobytes. A cada unidad de asignación le corresponde un bit en el mapa de bits, el cual toma el valor de 0 si la unidad está libre y 1 si está ocupada (o viceversa).
Un mapa de bits es una forma sencilla para llevar un registro de las palabras de la memoria en una cantidad fija de memoria, puesto que el tamaño del mapa sólo depende del tamaño de la memoria y el tamaño de la unidad de asignación.
Un mapa de bits es una forma sencilla para llevar un registro de las palabras de la memoria en una cantidad fija de memoria, puesto que el tamaño del mapa sólo depende del tamaño de la memoria y el tamaño de la unidad de asignación.
4.2.2 administracion de la memoria con listas ligadas
Otra forma de mantener un registro de la memoria es mediante una lista ligada de los segmentos de memoria asignados o libres, en donde un segmento puede ser un proceso o un hueco entre dos procesos.
Asignación del hueco de intercambio
En algunos sistemas, cuando el proceso se encuentra en la memoria, no hay un hueco en el disco asignado a él. Cuando deba intercambiarse, se deberá asignar un hueco para él en el área de intercambio del disco. Los algoritmos para la administración del hueco de intercambio son los mismos que se utilizan para la administración de la memoria principal.
En otros sistemas, al caerse un proceso, se le asigna un hueco de intercambio en el disco. Cuando el proceso sea intercambiado, siempre pasará al hueco asignado, en vez de ir a otro lugar cada vez. Cuando el proceso concluya, se libera el hueco de intercambio. La única diferencia es que el hueco en disco necesario para un proceso debe representarse como un número entero de bloques del disco. Por ejemplo, un proceso de 13.5 K debe utilizar 14K (usando bloques de 1K).
Mantiene una lista enlazada de segmentos de memoria asignados y libres, donde un segmento es un proceso o un hueco entre dos procesos.
•Si la lista se ordena por dirección es más fácil su actualización.
•Si hay dos listas, una para memoria usada y otra para huecos, la asignación es más rápida, pero la liberación es más lenta
•Ocurre lo mismo para asignar hueco de intercambio.
Asignación del hueco de intercambio
En algunos sistemas, cuando el proceso se encuentra en la memoria, no hay un hueco en el disco asignado a él. Cuando deba intercambiarse, se deberá asignar un hueco para él en el área de intercambio del disco. Los algoritmos para la administración del hueco de intercambio son los mismos que se utilizan para la administración de la memoria principal.
En otros sistemas, al caerse un proceso, se le asigna un hueco de intercambio en el disco. Cuando el proceso sea intercambiado, siempre pasará al hueco asignado, en vez de ir a otro lugar cada vez. Cuando el proceso concluya, se libera el hueco de intercambio. La única diferencia es que el hueco en disco necesario para un proceso debe representarse como un número entero de bloques del disco. Por ejemplo, un proceso de 13.5 K debe utilizar 14K (usando bloques de 1K).
Mantiene una lista enlazada de segmentos de memoria asignados y libres, donde un segmento es un proceso o un hueco entre dos procesos.
•Si la lista se ordena por dirección es más fácil su actualización.
•Si hay dos listas, una para memoria usada y otra para huecos, la asignación es más rápida, pero la liberación es más lenta
•Ocurre lo mismo para asignar hueco de intercambio.
UNIDAD "4"
4.3 MEMORIA VIRTUAL
La memoria virtual es una técnica que permite ejecutar procesos que no caben totalmente en memoria RAM (memoria física). Esto propicia la creación de programas que sean más grandes que la memoria física. Además, la memoria virtual ayuda a crear un esquema de abstracción de la memoria que la separa de la zona lógica que el usuario ve, esto facilita enormemente la tarea a los programadores puesto que no se han de preocupar por limitaciones de memoria.
Los procedimientos de implementación de la memoria virtual se basan en que cuando se ejecuta un programa, éste está parcialmente en memoria, es decir, sólo hay cargada aquella zona de código y datos que se necesitan en ese instante de tiempo, y no el programa completo. La memoria virtual es la separación entre la memoria lógica disponible para el usuario y la memoria RAM, se implementa generalmente con el método de paginación por demanda aunque también se puede implementar en un sistema con segmentación.
En el momento en que en el sistema empieza a escasear la memoria, se crea un fichero SWAP (intercambio) en el disco que sirve como ampliación auxiliar de memoria. En el caso de Windows, cuando tenemos muchas aplicaciones en funcionamiento y la memoria RAM se agota, el sistema se apoya en el fichero SWAP para realizar movimientos desde el disco duro a la RAM y viceversa. De ese modo crean espacios en memoria física para ir ejecutando las órdenes. Esto, evidentemente, hace que el sistema vaya más lento.
Los métodos más comunes para el manejo de memoria virtual son:
•Segmentación
•Paginación
•Segmentación con paginación
4.3.1 PAGINACION MEMORIA VIRTUALç
El término memoria virtual se asocia normalmente con sistemas que emplean En paginación, aunque también se puede usar memoria virtual basada en la segmentación. El uso de la paginación en la memoria virtual fue presentado por primera vez en el computador Atlas.
Cada proceso tiene su propia tabla de páginas y cuando carga todas sus páginas en la memoria principal, se crea y carga en la memoria principal una tabla de páginas. Cada entrada de la tabla de páginas contiene el número de marco de la página correspondiente en la memoria principal. Puesto que sólo algunas de las páginas de un proceso pueden estar en la memoria principal, se necesita un bit en cada entrada de la tabla para indicar si la página correspondiente está presente (P) en la memoria principal o no. Si el bit indica que la página está en la memoria, la entrada incluye también el número de marco para esa página.
Otro bit de control necesario en la entrada de la tabla de páginas es el bit de modificación (M), para indicar si el contenido de la página correspondiente se ha alterado desde que la página se cargó en la memoria principal. Si no ha habido cambios, no es necesario escribir la página cuando sea sustituida en el marco que ocupa actualmente.
Una dirección virtual es un sistema de paginación que consiste de un par ordenado las paginas son transferidas de disco a memoria real y viceversa usando marcos de pagina de memoria principal.
4.3.2 SEGMENTACION MEMORIA VIRTUAL
La segmentación permite al programador contemplar la memoria como si constara de varios espacios de direcciones o segmentos. Los segmentos pueden ser de distintos tamaños, incluso de forma dinámica. Las referencias a la memoria constan de una dirección de la forma (número de segmento, desplazamiento).
Esta organización ofrece al programador varias ventajas sobre un espacio de direcciones no segmentado:
1.Simplifica la gestión de estructuras de datos crecientes. Si el programador no conoce a priori cuán larga puede llegar a ser una estructura de datos determinada, es necesario suponerlo a menos que se permitan tamaños de segmentos dinámicos. Con memoria virtual segmentada, a la estructura de datos se le puede asignar a su propio segmento y el S.O expandirá o reducirá el segmento cuando se necesite.
2.Permite modificar y recopilar los programas independientemente, sin que sea necesario recopilar o volver a montar el conjunto de programas por completo.
3.Se presta a la compartición entre procesos. Un programador puede situar un programa de utilidades o una tabla de datos en un segmento que puede ser referenciado por otros procesos.
4.Se presta a la protección. Puesto que un segmento puede ser construido para albergar un conjunto de procedimientos y datos bien definido, el programador o el administrador del sistema podrá asignar los permisos de acceso de la forma adecuada.
PAGINACION Y SEGMENTACION COMBINADAS
Tanto la paginación como la segmentación tienen sus ventajas. La paginación elimina la fragmentación externa y de este modo, aprovecha la memoria principal de forma eficiente. Además, puesto que los fragmentos que se cargan y descargan de la memoria principal son de tamaño fijo e iguales, es posible construir algoritmos se gestión de memoria sofisticados que aprovechen mejor el comportamiento de los programas. La segmentación tiene las ventajas antes citadas, incluida la capacitación de gestionar estructuras de datos que puedan crecer, la modularidad y el soporte de la compartición y la protección. Para combinar las ventajas de ambas, algunos sistemas están equipados con hardware del procesador y software del S.O.
En un sistema con paginación y segmentación combinadas, el espacio de direcciones de un usuario se divide en varios segmentos según el criterio del programador. Cada segmento se vuelve a dividir en varias páginas de tamaño fijo, que tienen la misma longitud que un marco de memoria principal. Si el segmento tiene menor longitud que la página, el segmento ocupará sólo una página. Desde el punto de vista del programador, una dirección lógica todavía está formada por un número de segmento y un desplazamiento en el segmento. Desde el punto de vista de sistema, el desplazamiento del segmento se ve como un número de página dentro del segmento y un desplazamiento dentro de la página.
La entrada de la tabla de segmentos contiene la longitud del segmento. Los bits de presencia y modificación no son necesarios, puesto que estos elementos se gestionan en la página. Pueden usarse otros bits de control para comparación y protección. La entrada de la tabla de páginas es, la misma que se usa en un sistema de paginación pura. Cada número de página se convierte en el número de marco correspondiente si la página está presente en la memoria. El bit de modificación indica si se necesita escribir la página en el disco cuando se asigna el marco a otra página.
4.3.3 ALGORITMOS DE SUSTITUCION DE PAGINAS
El sistema operativo tiene que escoger la pagina que sacara de la memoria para que puede entrar la nueva pagina, si la pagina que se elimina fue modificada mientras estaba en la memoria se debe rescribir en el disco a fin de actualizar la copia de disco
4.3.4 ASPECTOS DE DISEÑO PARA ALGORITMOS
Aspectos que los diseñadores de sistema operativo debe considerar detenidamente si quieren obtener un buen rendimiento de un sistema de paginación.
4.3.5 LIBERACIÓN DE PÁGINAS
La idea es que los compiladores y los sistemas operativos pudieran detectar cuando una pagina ya no se necesita y liberarla de esta manera, los conjuntos de trabajo no experimentarían espacio de memoria principal utilizados lo cual haría posible soportar mayor numero de procesos.
La memoria virtual es una técnica que permite ejecutar procesos que no caben totalmente en memoria RAM (memoria física). Esto propicia la creación de programas que sean más grandes que la memoria física. Además, la memoria virtual ayuda a crear un esquema de abstracción de la memoria que la separa de la zona lógica que el usuario ve, esto facilita enormemente la tarea a los programadores puesto que no se han de preocupar por limitaciones de memoria.
Los procedimientos de implementación de la memoria virtual se basan en que cuando se ejecuta un programa, éste está parcialmente en memoria, es decir, sólo hay cargada aquella zona de código y datos que se necesitan en ese instante de tiempo, y no el programa completo. La memoria virtual es la separación entre la memoria lógica disponible para el usuario y la memoria RAM, se implementa generalmente con el método de paginación por demanda aunque también se puede implementar en un sistema con segmentación.
En el momento en que en el sistema empieza a escasear la memoria, se crea un fichero SWAP (intercambio) en el disco que sirve como ampliación auxiliar de memoria. En el caso de Windows, cuando tenemos muchas aplicaciones en funcionamiento y la memoria RAM se agota, el sistema se apoya en el fichero SWAP para realizar movimientos desde el disco duro a la RAM y viceversa. De ese modo crean espacios en memoria física para ir ejecutando las órdenes. Esto, evidentemente, hace que el sistema vaya más lento.
Los métodos más comunes para el manejo de memoria virtual son:
•Segmentación
•Paginación
•Segmentación con paginación
4.3.1 PAGINACION MEMORIA VIRTUALç
El término memoria virtual se asocia normalmente con sistemas que emplean En paginación, aunque también se puede usar memoria virtual basada en la segmentación. El uso de la paginación en la memoria virtual fue presentado por primera vez en el computador Atlas.
Cada proceso tiene su propia tabla de páginas y cuando carga todas sus páginas en la memoria principal, se crea y carga en la memoria principal una tabla de páginas. Cada entrada de la tabla de páginas contiene el número de marco de la página correspondiente en la memoria principal. Puesto que sólo algunas de las páginas de un proceso pueden estar en la memoria principal, se necesita un bit en cada entrada de la tabla para indicar si la página correspondiente está presente (P) en la memoria principal o no. Si el bit indica que la página está en la memoria, la entrada incluye también el número de marco para esa página.
Otro bit de control necesario en la entrada de la tabla de páginas es el bit de modificación (M), para indicar si el contenido de la página correspondiente se ha alterado desde que la página se cargó en la memoria principal. Si no ha habido cambios, no es necesario escribir la página cuando sea sustituida en el marco que ocupa actualmente.
Una dirección virtual es un sistema de paginación que consiste de un par ordenado las paginas son transferidas de disco a memoria real y viceversa usando marcos de pagina de memoria principal.
4.3.2 SEGMENTACION MEMORIA VIRTUAL
La segmentación permite al programador contemplar la memoria como si constara de varios espacios de direcciones o segmentos. Los segmentos pueden ser de distintos tamaños, incluso de forma dinámica. Las referencias a la memoria constan de una dirección de la forma (número de segmento, desplazamiento).
Esta organización ofrece al programador varias ventajas sobre un espacio de direcciones no segmentado:
1.Simplifica la gestión de estructuras de datos crecientes. Si el programador no conoce a priori cuán larga puede llegar a ser una estructura de datos determinada, es necesario suponerlo a menos que se permitan tamaños de segmentos dinámicos. Con memoria virtual segmentada, a la estructura de datos se le puede asignar a su propio segmento y el S.O expandirá o reducirá el segmento cuando se necesite.
2.Permite modificar y recopilar los programas independientemente, sin que sea necesario recopilar o volver a montar el conjunto de programas por completo.
3.Se presta a la compartición entre procesos. Un programador puede situar un programa de utilidades o una tabla de datos en un segmento que puede ser referenciado por otros procesos.
4.Se presta a la protección. Puesto que un segmento puede ser construido para albergar un conjunto de procedimientos y datos bien definido, el programador o el administrador del sistema podrá asignar los permisos de acceso de la forma adecuada.
PAGINACION Y SEGMENTACION COMBINADAS
Tanto la paginación como la segmentación tienen sus ventajas. La paginación elimina la fragmentación externa y de este modo, aprovecha la memoria principal de forma eficiente. Además, puesto que los fragmentos que se cargan y descargan de la memoria principal son de tamaño fijo e iguales, es posible construir algoritmos se gestión de memoria sofisticados que aprovechen mejor el comportamiento de los programas. La segmentación tiene las ventajas antes citadas, incluida la capacitación de gestionar estructuras de datos que puedan crecer, la modularidad y el soporte de la compartición y la protección. Para combinar las ventajas de ambas, algunos sistemas están equipados con hardware del procesador y software del S.O.
En un sistema con paginación y segmentación combinadas, el espacio de direcciones de un usuario se divide en varios segmentos según el criterio del programador. Cada segmento se vuelve a dividir en varias páginas de tamaño fijo, que tienen la misma longitud que un marco de memoria principal. Si el segmento tiene menor longitud que la página, el segmento ocupará sólo una página. Desde el punto de vista del programador, una dirección lógica todavía está formada por un número de segmento y un desplazamiento en el segmento. Desde el punto de vista de sistema, el desplazamiento del segmento se ve como un número de página dentro del segmento y un desplazamiento dentro de la página.
La entrada de la tabla de segmentos contiene la longitud del segmento. Los bits de presencia y modificación no son necesarios, puesto que estos elementos se gestionan en la página. Pueden usarse otros bits de control para comparación y protección. La entrada de la tabla de páginas es, la misma que se usa en un sistema de paginación pura. Cada número de página se convierte en el número de marco correspondiente si la página está presente en la memoria. El bit de modificación indica si se necesita escribir la página en el disco cuando se asigna el marco a otra página.
4.3.3 ALGORITMOS DE SUSTITUCION DE PAGINAS
El sistema operativo tiene que escoger la pagina que sacara de la memoria para que puede entrar la nueva pagina, si la pagina que se elimina fue modificada mientras estaba en la memoria se debe rescribir en el disco a fin de actualizar la copia de disco
4.3.4 ASPECTOS DE DISEÑO PARA ALGORITMOS
Aspectos que los diseñadores de sistema operativo debe considerar detenidamente si quieren obtener un buen rendimiento de un sistema de paginación.
4.3.5 LIBERACIÓN DE PÁGINAS
La idea es que los compiladores y los sistemas operativos pudieran detectar cuando una pagina ya no se necesita y liberarla de esta manera, los conjuntos de trabajo no experimentarían espacio de memoria principal utilizados lo cual haría posible soportar mayor numero de procesos.
3.3.5 hrt
Definición:
Algoritmo apropiativo parecido al SRT consistente en calcular el Reponse Ratio (Ratio de respuesta) para asignar la CPU a procesos más viejos. (Para evitar la inanición).
Características:
Es muy productivo pero se sobrecarga el sistema.
Ofrece un buen tiempo de respuesta.
Equilibra los procesos, aunque da prioridad a los procesos más cortos.
Evita la inanición (los procesos que envejecen serán ejecutados).
Las prioridades, que son dinámicas, se calculan según la siguiente fórmula, donde pr es la “prioridad”, te es el “tiempo de espera” y ts es el “tiempo de servicio”:
• Elige proceso listo con valor mayor de R
• Tiene en cuenta edad del proceso
• Debe estimarse el tiempo se servicio previamente: en base a historia pasada o valor dado por usuario o administrador.
• R= w + s
R= tasa de respuesta
w= tiempo consumido esperando al procesador
s = tiempo de servicio esperado
Que corrige algunas deficiencias de SJF, particularmente el retraso excesivo de trabajos largos y el favoritismo excesivo para los trabajos cortos. HRN es un disciplina de planificación no apropiativa en la cual la prioridad de cada proceso no sólo se calcula en función del tiempo de servicio, sino también del tiempo que ha esperado para ser atendido. Cuando un trabajo obtiene el procesador, se ejecuta hasta terminar. Las prioridades dinámicas en HRN se calculan de acuerdo con la siguiente expresión: Prioridad = (tiempo de espera + tiempo de servicio) / tiempo de servicio Como el tiempo de servicio aparece en el denominador, los procesos cortos tendrán preferencia. Pero como el tiempo de espera aparece en el numerador, los procesos largos que han esperado también tendrán un trato favorable. Obsérvese que la suma tiempo de espera + tiempo de servicio es el tiempo de respuesta del sistema para el proceso si éste se inicia de inmediato.
Para cada proceso, basado en el tiempo que va a ocupar el procesador(s) y el tiempo que lleva esperando para ocuparlo (w), Se calcula w+s/s, una vez echo esto el proceso que tenga un valor mayor será asignado al procesador. Este algoritmo es bastante bueno, por que además de dar preferencia a los procesos cortos también tiene en cuenta el envejecimiento de los procesos para evitar así la “inanición”. Cuando el proceso actual termina o se bloquea, se elige el proceso listo con un mayor valor de R.
La decisión de planificación se basa en una estimación del tiempo de retorno normalizado.
Este método es atractivo porque tiene en cuenta la edad del proceso. Aunque se favorece a los trabajos más cortos (un denominador menor produce una razón mayor), el envejecimiento de un proceso sin que haya sido servido incrementa el valor de la razón, de forma que los procesos más largos puedan pasar, en competición con los más cortos.
Algoritmo apropiativo parecido al SRT consistente en calcular el Reponse Ratio (Ratio de respuesta) para asignar la CPU a procesos más viejos. (Para evitar la inanición).
Características:
Es muy productivo pero se sobrecarga el sistema.
Ofrece un buen tiempo de respuesta.
Equilibra los procesos, aunque da prioridad a los procesos más cortos.
Evita la inanición (los procesos que envejecen serán ejecutados).
Las prioridades, que son dinámicas, se calculan según la siguiente fórmula, donde pr es la “prioridad”, te es el “tiempo de espera” y ts es el “tiempo de servicio”:
• Elige proceso listo con valor mayor de R
• Tiene en cuenta edad del proceso
• Debe estimarse el tiempo se servicio previamente: en base a historia pasada o valor dado por usuario o administrador.
• R= w + s
R= tasa de respuesta
w= tiempo consumido esperando al procesador
s = tiempo de servicio esperado
Que corrige algunas deficiencias de SJF, particularmente el retraso excesivo de trabajos largos y el favoritismo excesivo para los trabajos cortos. HRN es un disciplina de planificación no apropiativa en la cual la prioridad de cada proceso no sólo se calcula en función del tiempo de servicio, sino también del tiempo que ha esperado para ser atendido. Cuando un trabajo obtiene el procesador, se ejecuta hasta terminar. Las prioridades dinámicas en HRN se calculan de acuerdo con la siguiente expresión: Prioridad = (tiempo de espera + tiempo de servicio) / tiempo de servicio Como el tiempo de servicio aparece en el denominador, los procesos cortos tendrán preferencia. Pero como el tiempo de espera aparece en el numerador, los procesos largos que han esperado también tendrán un trato favorable. Obsérvese que la suma tiempo de espera + tiempo de servicio es el tiempo de respuesta del sistema para el proceso si éste se inicia de inmediato.
Para cada proceso, basado en el tiempo que va a ocupar el procesador(s) y el tiempo que lleva esperando para ocuparlo (w), Se calcula w+s/s, una vez echo esto el proceso que tenga un valor mayor será asignado al procesador. Este algoritmo es bastante bueno, por que además de dar preferencia a los procesos cortos también tiene en cuenta el envejecimiento de los procesos para evitar así la “inanición”. Cuando el proceso actual termina o se bloquea, se elige el proceso listo con un mayor valor de R.
La decisión de planificación se basa en una estimación del tiempo de retorno normalizado.
Este método es atractivo porque tiene en cuenta la edad del proceso. Aunque se favorece a los trabajos más cortos (un denominador menor produce una razón mayor), el envejecimiento de un proceso sin que haya sido servido incrementa el valor de la razón, de forma que los procesos más largos puedan pasar, en competición con los más cortos.
3.4 multiprocesamiento
Generalidades de Multiprocesadores.
Un multiprocesador se define como una computadora que contiene dos o más unidades de procesamiento que trabajan sobre una memoria común bajo un control integrado.
Si el sistema de multiprocesamiento posee procesadores de aproximadamente igual capacidad, estamos en presencia de multiprocesamiento simétrico; en el otro caso hablamos de multiprocesamiento asimétrico.
Si un procesador falla, los restantes continúan operando, lo cual no es automático y requiere de un diseño cuidadoso.
Un procesador que falla habrá de informarlo a los demás de alguna manera, para que se hagan cargo de su trabajo .
Los procesadores en funcionamiento deben poder detectar el fallo de un procesador
Determinado. El Sistema Operativo debe percibir que ha fallado un procesador determinado y ya no podrá asignarlo y también debe ajustar sus estrategias de asignación de recursos para evitar la sobrecarga del sistema que está degradado.
Distribución de Ciclos
Una “estructura de ciclos o de repetición” implica la repetición de una serie de proposiciones (cuerpo del ciclo) hasta que ocurre alguna condición de terminación, por ejemplo:
For i = 1 to 3
Do
El procesador secuencial realizará en secuencia lo siguiente:
En un sistema de multiprocesamiento con tres procesadores disponibles se podrían
Ejecutar concurrentemente.
Reducción de la Altura del Arbol
Utilizando las propiedades asociativa, conmutativa y distributiva de la aritmética, los
Compiladores pueden:
1. Detectar el paralelismo implícito en expresiones algebraicas.
2. Producir un código objeto para multiprocesadores que indique las operaciones que se pueden realizar simultáneamente.
3. Reordenar expresiones para que sean más apropiadas para la computación en paralelo.
Un multiprocesador se define como una computadora que contiene dos o más unidades de procesamiento que trabajan sobre una memoria común bajo un control integrado.
Si el sistema de multiprocesamiento posee procesadores de aproximadamente igual capacidad, estamos en presencia de multiprocesamiento simétrico; en el otro caso hablamos de multiprocesamiento asimétrico.
Si un procesador falla, los restantes continúan operando, lo cual no es automático y requiere de un diseño cuidadoso.
Un procesador que falla habrá de informarlo a los demás de alguna manera, para que se hagan cargo de su trabajo .
Los procesadores en funcionamiento deben poder detectar el fallo de un procesador
Determinado. El Sistema Operativo debe percibir que ha fallado un procesador determinado y ya no podrá asignarlo y también debe ajustar sus estrategias de asignación de recursos para evitar la sobrecarga del sistema que está degradado.
Distribución de Ciclos
Una “estructura de ciclos o de repetición” implica la repetición de una serie de proposiciones (cuerpo del ciclo) hasta que ocurre alguna condición de terminación, por ejemplo:
For i = 1 to 3
Do
El procesador secuencial realizará en secuencia lo siguiente:
En un sistema de multiprocesamiento con tres procesadores disponibles se podrían
Ejecutar concurrentemente.
Reducción de la Altura del Arbol
Utilizando las propiedades asociativa, conmutativa y distributiva de la aritmética, los
Compiladores pueden:
1. Detectar el paralelismo implícito en expresiones algebraicas.
2. Producir un código objeto para multiprocesadores que indique las operaciones que se pueden realizar simultáneamente.
3. Reordenar expresiones para que sean más apropiadas para la computación en paralelo.
3.5 sistemas multiprocesamiento
A pesar de las grandes mejoras acaecidas en monoprocesadores para algunas aplicaciones no es suficiente.
– La solución pueden ser los sistemas multiprocesadores:
o Solución más sencilla, natural y con mejor coste-prestaciones.
o Las mejoras en microprocesadores cada vez son más complejas: cada avance implica crecer en complejidad, potencia y superficie.
o Lenta pero clara mejora en el software, que permite explotar el paralelismo.
– Las arquitecturas actuales son muy diversas: hay más investigación que resultados definitivos.
– Hablaremos de multiprocesadores de pequeña y median escala
Dos factores clave para la extensión de los Multiprocesadores
1. Flexibilidad: El mismo sistema puede usarse para un único usuario incrementado el rendimiento en la ejecución de una única aplicación o para varios usuarios y aplicaciones en un entorno compartido.
2. Coste-rendimiento: Actualmente estos sistemas se basan en procesadores comerciales, por lo que su coste se ha reducido drásticamente. La inversión más fuerte se hace en la memoria y la red de interconexión.
Como su nombre indica son aquellos sistemas operativos que están montados sobre ordenadores que están compuestos por más de un procesador, supongamos un PC que en vez de tener un Pentium, tuviera dos o más Pentium conectados entre si dentro de la misma placa base, esto sería un sistema multiprocesador.
– La solución pueden ser los sistemas multiprocesadores:
o Solución más sencilla, natural y con mejor coste-prestaciones.
o Las mejoras en microprocesadores cada vez son más complejas: cada avance implica crecer en complejidad, potencia y superficie.
o Lenta pero clara mejora en el software, que permite explotar el paralelismo.
– Las arquitecturas actuales son muy diversas: hay más investigación que resultados definitivos.
– Hablaremos de multiprocesadores de pequeña y median escala
Dos factores clave para la extensión de los Multiprocesadores
1. Flexibilidad: El mismo sistema puede usarse para un único usuario incrementado el rendimiento en la ejecución de una única aplicación o para varios usuarios y aplicaciones en un entorno compartido.
2. Coste-rendimiento: Actualmente estos sistemas se basan en procesadores comerciales, por lo que su coste se ha reducido drásticamente. La inversión más fuerte se hace en la memoria y la red de interconexión.
Como su nombre indica son aquellos sistemas operativos que están montados sobre ordenadores que están compuestos por más de un procesador, supongamos un PC que en vez de tener un Pentium, tuviera dos o más Pentium conectados entre si dentro de la misma placa base, esto sería un sistema multiprocesador.
3.6 paralelismo
Funcionamiento
El paralelismo consiste en ejecutar más instrucciones en menos tiempo, aunque las instrucciones sigan tardando lo mismo en ejecutarse, mediante un simple truco, aunque algo difícil de explicar en detalle. Intentémoslo.
un microprocesador ejecuta instrucciones de código máquina.
Estas instrucciones le dicen como tiene que ir modificando diferentes posiciones de memoria, y como debe ir modificando el flujo de ejecución. Se tiende a pensar, erróneamente, que un procesador con un reloj a 200 MHz (200 millones de ciclos por segundo) ejecuta 200 millones de estas operaciones por segundo. Esto no es así, por una sencilla razón. Una instrucción no se ejecuta en un solo ciclo de reloj, salvo alguna rara excepción. De hecho, algunas instrucciones tardan bastantes más ciclos, llegando algunas a necesitar 50 o más ciclos para completarse. En cambio, las más rápidas se ejecutan en tan sólo 3 o 4 ciclos de reloj. Aquí es donde entra el paralelismo para solucionar este problema. Se puede dividir cualquier instrucción en fases más o menos comunes a todas:
-fetch (carga de la instrucción desde la memoria al procesador)
-decodificación (identificación de qué instrucción nos hemos encontrado)
-carga de operandos
-operación en sí
-escritura de resultados
Este esquema, expresamente simplificado, nos da una idea de las fases que todo microprocesador tiene. Vamos a suponer un microprocesador ideal donde todas las operaciones que se pueden ejecutar en él tardan 15 ciclos, correspondientes a tres ciclos por cada una de las 5 fases que hemos descrito. Si ejecutáramos tres de estas operaciones sin ningún tipo de paralelismo, tardaríamos 45 ciclos, según el siguiente esquema:
instr.1:111222333444555
instr.2:_________111222333444555
instr. 3:________111222333444555
Ahora supongamos que somos capaces de dividir el microprocesador en circuitos separados capaces cada uno de trabajar independientemente y ejecutar cada una de las 5 fases anteriores. Si logramos que sean independientes, cuando la instrucción uno ha acabado ya la fase de fetch y pasa a la decodificación, deja libre el módulo que se encarga del fetch, donde puede ir ya ejecutándose la segunda instrucción. De esta forma, logramos paralelizar las instrucciones.
instr.1111222333444555
instr.2:___111222333444555
instr. 3:______111222333444555
Resultado: las tres instrucciones, por separado, siguen ejecutándose en el mismo tiempo, pero en conjunto ya no tardan 45 ciclos, sino solo 21 ciclos. Más de un 45% de incremento en el rendimiento. De esta forma es como algunos procesadores muy paralelizados logran ejecutar, en promedio, más de una instrucción por ciclo de reloj, aunque estas instrucciones tarden, por sí mismas, más de un ciclo en ejecutarse.
Paralelismo en hardware Definamos como paralelismo en hardware como la ejecución de un programa tomando en consideración el hardware con que va a ser ejecutado.
El diagrama de paralelismo en Software representa el caso ideal con que dicho programa puede ser ejecutado. Nótese que la ejecución de las 8 instrucciones se realiza solamente en tres ciclos de máquina. Por otro lado podemos observar las limitantes que genera la ejecución de este mismo programa con un hardware en particular (procesador Superescalar con capacidad de ejecutar un acceso a la memoria y una operación aritmética simultáneamente) obteniendo 6 ciclos de maquina para ejecutar el programa.
El paralelismo consiste en ejecutar más instrucciones en menos tiempo, aunque las instrucciones sigan tardando lo mismo en ejecutarse, mediante un simple truco, aunque algo difícil de explicar en detalle. Intentémoslo.
un microprocesador ejecuta instrucciones de código máquina.
Estas instrucciones le dicen como tiene que ir modificando diferentes posiciones de memoria, y como debe ir modificando el flujo de ejecución. Se tiende a pensar, erróneamente, que un procesador con un reloj a 200 MHz (200 millones de ciclos por segundo) ejecuta 200 millones de estas operaciones por segundo. Esto no es así, por una sencilla razón. Una instrucción no se ejecuta en un solo ciclo de reloj, salvo alguna rara excepción. De hecho, algunas instrucciones tardan bastantes más ciclos, llegando algunas a necesitar 50 o más ciclos para completarse. En cambio, las más rápidas se ejecutan en tan sólo 3 o 4 ciclos de reloj. Aquí es donde entra el paralelismo para solucionar este problema. Se puede dividir cualquier instrucción en fases más o menos comunes a todas:
-fetch (carga de la instrucción desde la memoria al procesador)
-decodificación (identificación de qué instrucción nos hemos encontrado)
-carga de operandos
-operación en sí
-escritura de resultados
Este esquema, expresamente simplificado, nos da una idea de las fases que todo microprocesador tiene. Vamos a suponer un microprocesador ideal donde todas las operaciones que se pueden ejecutar en él tardan 15 ciclos, correspondientes a tres ciclos por cada una de las 5 fases que hemos descrito. Si ejecutáramos tres de estas operaciones sin ningún tipo de paralelismo, tardaríamos 45 ciclos, según el siguiente esquema:
instr.1:111222333444555
instr.2:_________111222333444555
instr. 3:________111222333444555
Ahora supongamos que somos capaces de dividir el microprocesador en circuitos separados capaces cada uno de trabajar independientemente y ejecutar cada una de las 5 fases anteriores. Si logramos que sean independientes, cuando la instrucción uno ha acabado ya la fase de fetch y pasa a la decodificación, deja libre el módulo que se encarga del fetch, donde puede ir ya ejecutándose la segunda instrucción. De esta forma, logramos paralelizar las instrucciones.
instr.1111222333444555
instr.2:___111222333444555
instr. 3:______111222333444555
Resultado: las tres instrucciones, por separado, siguen ejecutándose en el mismo tiempo, pero en conjunto ya no tardan 45 ciclos, sino solo 21 ciclos. Más de un 45% de incremento en el rendimiento. De esta forma es como algunos procesadores muy paralelizados logran ejecutar, en promedio, más de una instrucción por ciclo de reloj, aunque estas instrucciones tarden, por sí mismas, más de un ciclo en ejecutarse.
Paralelismo en hardware Definamos como paralelismo en hardware como la ejecución de un programa tomando en consideración el hardware con que va a ser ejecutado.
El diagrama de paralelismo en Software representa el caso ideal con que dicho programa puede ser ejecutado. Nótese que la ejecución de las 8 instrucciones se realiza solamente en tres ciclos de máquina. Por otro lado podemos observar las limitantes que genera la ejecución de este mismo programa con un hardware en particular (procesador Superescalar con capacidad de ejecutar un acceso a la memoria y una operación aritmética simultáneamente) obteniendo 6 ciclos de maquina para ejecutar el programa.
3.7 organizacion del hardware del multiprocesador
El problema clave es determinar los medios de conexión de los procesadores múltiples y los procesadores de Entrada / Salida a las unidades de almacenamiento.
Los multiprocesadores se caracterizan por los siguientes aspectos:
• Un multiprocesador contiene dos o más procesadores con capacidades aproximadamente comparables.
• Todos los procesadores comparten el acceso a un almacenamiento común y a canales de Entrada / Salida, unidades de control y dispositivos.
• Todo está controlado por un Sistema Operativo que proporciona interacción entre procesadores y sus programas en los niveles de trabajo, tarea, paso, archivo y elementos de datos.
Las organizaciones más comunes son las siguientes:
• Tiempo compartido o bus común (conductor común).
• Matriz de barras cruzadas e interruptores.
• Almacenamiento de interconexión múltiple.
Tiempo Compartido o Bus Común (o Conductor Común)
Usa un solo camino de comunicación entre todas las unidades funcionales
El bus común es en esencia una unidad pasiva.
Un procesador o procesador de Entrada / Salida que desee transferir datos debe efectuar los siguientes pasos:
1. Verificar la disponibilidad del conductor y de la unidad de destino.
2. Informar a la unidad de destino de lo que se va a hacer con los datos.
3. Iniciar la transferencia de datos.
Las unidades receptoras deben poder reconocer qué mensajes del bus son enviados hacia ellas y seguir y confirmar las señales de control recibidas de la unidad emisora.
Es una organización económica, simple y flexible pero con una sola vía de comunicación, por lo cual:
• El sistema falla totalmente si falla el bus.
• La tasa neta de transmisiones está limitada por la tasa neta de transmisión del conductor.
• La contención por el uso del bus en un sistema sobrecargado puede ocasionar una seria degradación.
Matriz de Barras Cruzadas e Interruptores
En este caso existe un camino diferente para cada unidad de almacenamiento, por lo cual las referencias a dos unidades diferentes de almacenamiento no son bloque antes sino simultáneas y la multiplicidad de caminos de transmisión puede proporcionar tasas de transferencia muy altas
Almacenamiento de Interconexión Múltiple Se obtiene al sacar las lógicas de control, de conmutación y de arbitraje de prioridades fuera del interruptor de barras cruzadas se las coloca en la interfaz de cada unidad de almacenamiento
Cada unidad funcional puede acceder a cada unidad de almacenamiento, pero sólo en una “conexión de almacenamiento” específica, es decir que hay una conexión de almacenamiento por unidad funcional.
El conexionado es más complejo que en los otros esquemas.
Se puede restringir el acceso a las unidades de almacenamiento para que no todas las unidades de procesamiento las accedan, en tal caso habrá unidades de almacenamiento “privadas” de determinados procesadores
Los multiprocesadores se caracterizan por los siguientes aspectos:
• Un multiprocesador contiene dos o más procesadores con capacidades aproximadamente comparables.
• Todos los procesadores comparten el acceso a un almacenamiento común y a canales de Entrada / Salida, unidades de control y dispositivos.
• Todo está controlado por un Sistema Operativo que proporciona interacción entre procesadores y sus programas en los niveles de trabajo, tarea, paso, archivo y elementos de datos.
Las organizaciones más comunes son las siguientes:
• Tiempo compartido o bus común (conductor común).
• Matriz de barras cruzadas e interruptores.
• Almacenamiento de interconexión múltiple.
Tiempo Compartido o Bus Común (o Conductor Común)
Usa un solo camino de comunicación entre todas las unidades funcionales
El bus común es en esencia una unidad pasiva.
Un procesador o procesador de Entrada / Salida que desee transferir datos debe efectuar los siguientes pasos:
1. Verificar la disponibilidad del conductor y de la unidad de destino.
2. Informar a la unidad de destino de lo que se va a hacer con los datos.
3. Iniciar la transferencia de datos.
Las unidades receptoras deben poder reconocer qué mensajes del bus son enviados hacia ellas y seguir y confirmar las señales de control recibidas de la unidad emisora.
Es una organización económica, simple y flexible pero con una sola vía de comunicación, por lo cual:
• El sistema falla totalmente si falla el bus.
• La tasa neta de transmisiones está limitada por la tasa neta de transmisión del conductor.
• La contención por el uso del bus en un sistema sobrecargado puede ocasionar una seria degradación.
Matriz de Barras Cruzadas e Interruptores
En este caso existe un camino diferente para cada unidad de almacenamiento, por lo cual las referencias a dos unidades diferentes de almacenamiento no son bloque antes sino simultáneas y la multiplicidad de caminos de transmisión puede proporcionar tasas de transferencia muy altas
Almacenamiento de Interconexión Múltiple Se obtiene al sacar las lógicas de control, de conmutación y de arbitraje de prioridades fuera del interruptor de barras cruzadas se las coloca en la interfaz de cada unidad de almacenamiento
Cada unidad funcional puede acceder a cada unidad de almacenamiento, pero sólo en una “conexión de almacenamiento” específica, es decir que hay una conexión de almacenamiento por unidad funcional.
El conexionado es más complejo que en los otros esquemas.
Se puede restringir el acceso a las unidades de almacenamiento para que no todas las unidades de procesamiento las accedan, en tal caso habrá unidades de almacenamiento “privadas” de determinados procesadores
3.8 sistema operativo del multiprocesador
Sistema Operativo de multiprogramación y de multiprocesadores incluyen lo siguiente:
• Asignación y administración de recursos.
• Protección de tablas y conjuntos de datos.
• Prevención contra el ínter bloqueo del sistema.
• Terminación anormal.
• Equilibrio de cargas de Entrada / Salida.
• Equilibrio de carga del procesador.
• Reconfiguración.
Las tres últimas son especialmente importantes en Sistemas Operativos de multiprocesadores, donde es fundamental explotar el paralelismo en el hardware y en los programas y hacerlo automáticamente. Las organizaciones básicas de los Sistemas Operativos para multiprocesadores son las siguientes:
• Maestro / satélite.
• Ejecutivo separado para cada procesador.
• Tratamiento simétrico (o anónimo) para todos los procesadores.
• Maestro / Satélite - Es la organización más fácil de implementar.
No logra la utilización óptima del hardware dado que sólo el procesador maestro puede ejecutar el Sistema Operativo y el procesador satélite sólo puede ejecutar programas del usuario.
Las interrupciones generadas por los procesos en ejecución en los procesadores satélites que precisan atención del Sistema Operativo deben ser atendidas por el procesador maestro y por ello pueden generarse largas colas de requerimientos pendientes.
• Ejecutivos Separados - Cada procesador tiene su propio Sistema Operativo y responde a interrupciones de los usuarios que operan en ese procesador.
Existen tablas de control con información global de todo el sistema (por ejemplo, lista de procesadores conocidos por el Sistema Operativo) a las que se debe acceder utilizando exclusión mutua.
Es más confiable que la organización maestro / satélite.
Cada procesador controla sus propios recursos dedicados.
La reconfiguración de los dispositivos de Entrada / Salida puede implicar el cambio de dispositivos a diferentes procesadores con distintos Sistemas Operativos.
La contención sobre las tablas del Sistema Operativo es mínima.
Los procesadores no cooperan en la ejecución de un proceso individual, que habrá sido asignado a uno de ellos.
• Tratamiento Simétrico - Es la organización más complicada de implementar y también la más poderosa y confiable.
• Asignación y administración de recursos.
• Protección de tablas y conjuntos de datos.
• Prevención contra el ínter bloqueo del sistema.
• Terminación anormal.
• Equilibrio de cargas de Entrada / Salida.
• Equilibrio de carga del procesador.
• Reconfiguración.
Las tres últimas son especialmente importantes en Sistemas Operativos de multiprocesadores, donde es fundamental explotar el paralelismo en el hardware y en los programas y hacerlo automáticamente. Las organizaciones básicas de los Sistemas Operativos para multiprocesadores son las siguientes:
• Maestro / satélite.
• Ejecutivo separado para cada procesador.
• Tratamiento simétrico (o anónimo) para todos los procesadores.
• Maestro / Satélite - Es la organización más fácil de implementar.
No logra la utilización óptima del hardware dado que sólo el procesador maestro puede ejecutar el Sistema Operativo y el procesador satélite sólo puede ejecutar programas del usuario.
Las interrupciones generadas por los procesos en ejecución en los procesadores satélites que precisan atención del Sistema Operativo deben ser atendidas por el procesador maestro y por ello pueden generarse largas colas de requerimientos pendientes.
• Ejecutivos Separados - Cada procesador tiene su propio Sistema Operativo y responde a interrupciones de los usuarios que operan en ese procesador.
Existen tablas de control con información global de todo el sistema (por ejemplo, lista de procesadores conocidos por el Sistema Operativo) a las que se debe acceder utilizando exclusión mutua.
Es más confiable que la organización maestro / satélite.
Cada procesador controla sus propios recursos dedicados.
La reconfiguración de los dispositivos de Entrada / Salida puede implicar el cambio de dispositivos a diferentes procesadores con distintos Sistemas Operativos.
La contención sobre las tablas del Sistema Operativo es mínima.
Los procesadores no cooperan en la ejecución de un proceso individual, que habrá sido asignado a uno de ellos.
• Tratamiento Simétrico - Es la organización más complicada de implementar y también la más poderosa y confiable.
3.3.1 FIRST IN FIRST OUT JOB SCHEDULING (FIFO)
El Concepto Significa Primero En Llegar Primero En Ser Tendido. La CPU Se Asigna A Los Procesos En El Orden Que Lo Solicitan,
Se Le Inicia De Inmediato Y Se Le Permite Ejecutar Todo El Tiempo Que Necesite, Cuando Llegan Otros Procesos Se Les Coloca Al Final De La Cola.Cuando Se Bloquea El Proceso En Ejecucion, Se Ejecuta El Primer Proceso De La Cola, Si Un Proceso Bloqueado Vuelve A Estar Listo Se Le Coloca Al Final De La Cola Como Si Fuera Un Proceso Recien Llegado.
CARACTERISTICAS
. Es del tipo no expropiativo
. Es equitativo
. Solo necesita una cola para implementarse
. Presenta desventajas cuando se tienen procesos dedicados a CPU y dedicados a E/S.
3.3.2 ROUND ROBIN JOB SCHEDULING (RR)
Algoritmo apropiativo consistente en determinar un quantum (tiempo de reloj) que marcará ,el intervalo de CPU que se le cederá al proceso ejecutando. Cuando finalice el quantum al
Proceso se le quitará la CPU y pasará a la cola de listo. La cola de listos sigue la estructura
FIFO. Si un proceso no consume su quantum libera la CPU y ésta es asignada al siguiente
Proceso de la cola de listo.
Los procesos se despachan en “FIFO” y disponen de una cantidad limitada de tiempo de cpu, llamada “división de tiempo” o “cuanto”.
Si un proceso no termina antes de expirar su tiempo de cpu ocurren las siguientes acciones:
1. La cpu es apropiada.
2. La cpu es otorgada al siguiente proceso en espera.
3. El proceso apropiado es situado al final de la lista de listos.
CARACTERISTICAS
• Fácil de implementar.
• Perjudica a los procesos de E/S.
• Si el quantum es muy grande se comporta como un FCFS.
• El tiempo de respuesta para procesos cortos es bueno.
• Trato equitativo entre procesos, bueno para interactividad.
• No se produce inanición.
• El valor mínimo del quantum debe ser (10 * Tiempo Cambio Contexto ) .
• El quantum más adecuado es el Tiempo de CPU del proceso más corto.
3.3.3 SHORTEST JOB FIRST (SJF)
Es una disciplina no apropiativa y por lo tanto no recomendable en ambientes de tiempo compartido. El proceso en espera con el menor tiempo estimado de ejecución hasta su terminación es el siguiente en ejecutarse. Los tiempos promedio de espera son menores que con “FIFO”.
CARACTERISTICAS
•Los tiempos de espera son menos predecibles que en “FIFO”.
•Favorece a los procesos cortos en detrimento de los largos.
•Tiende a reducir el número de procesos en espera.
•el número de procesos que esperan detrás de procesos largos.
•Se pueden estimar los tiempos en base a series de valores anteriores.
El Concepto Significa Primero En Llegar Primero En Ser Tendido. La CPU Se Asigna A Los Procesos En El Orden Que Lo Solicitan,
Se Le Inicia De Inmediato Y Se Le Permite Ejecutar Todo El Tiempo Que Necesite, Cuando Llegan Otros Procesos Se Les Coloca Al Final De La Cola.Cuando Se Bloquea El Proceso En Ejecucion, Se Ejecuta El Primer Proceso De La Cola, Si Un Proceso Bloqueado Vuelve A Estar Listo Se Le Coloca Al Final De La Cola Como Si Fuera Un Proceso Recien Llegado.
CARACTERISTICAS
. Es del tipo no expropiativo
. Es equitativo
. Solo necesita una cola para implementarse
. Presenta desventajas cuando se tienen procesos dedicados a CPU y dedicados a E/S.
3.3.2 ROUND ROBIN JOB SCHEDULING (RR)
Algoritmo apropiativo consistente en determinar un quantum (tiempo de reloj) que marcará ,el intervalo de CPU que se le cederá al proceso ejecutando. Cuando finalice el quantum al
Proceso se le quitará la CPU y pasará a la cola de listo. La cola de listos sigue la estructura
FIFO. Si un proceso no consume su quantum libera la CPU y ésta es asignada al siguiente
Proceso de la cola de listo.
Los procesos se despachan en “FIFO” y disponen de una cantidad limitada de tiempo de cpu, llamada “división de tiempo” o “cuanto”.
Si un proceso no termina antes de expirar su tiempo de cpu ocurren las siguientes acciones:
1. La cpu es apropiada.
2. La cpu es otorgada al siguiente proceso en espera.
3. El proceso apropiado es situado al final de la lista de listos.
CARACTERISTICAS
• Fácil de implementar.
• Perjudica a los procesos de E/S.
• Si el quantum es muy grande se comporta como un FCFS.
• El tiempo de respuesta para procesos cortos es bueno.
• Trato equitativo entre procesos, bueno para interactividad.
• No se produce inanición.
• El valor mínimo del quantum debe ser (10 * Tiempo Cambio Contexto ) .
• El quantum más adecuado es el Tiempo de CPU del proceso más corto.
3.3.3 SHORTEST JOB FIRST (SJF)
Es una disciplina no apropiativa y por lo tanto no recomendable en ambientes de tiempo compartido. El proceso en espera con el menor tiempo estimado de ejecución hasta su terminación es el siguiente en ejecutarse. Los tiempos promedio de espera son menores que con “FIFO”.
CARACTERISTICAS
•Los tiempos de espera son menos predecibles que en “FIFO”.
•Favorece a los procesos cortos en detrimento de los largos.
•Tiende a reducir el número de procesos en espera.
•el número de procesos que esperan detrás de procesos largos.
•Se pueden estimar los tiempos en base a series de valores anteriores.
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