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Hebras - Procesos





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Qué es un proceso? Consiste Espacio de direccionamiento Código a ejecutar Datos estáticos y dinámicos Pila o stack CPU: PC, SP y valores en registros de propósito general Conjunto de recursos Archivos, pipes, conecciones,etc

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Concurrencia y paralelismo Imaginar un servidor web que requiere manejar múltiples requerimientos concurrentemente Mientras verifica la tarjeta de crédito de un cliente, podría recuperar de disco la información para otro cliente o realizar una búsqueda para otro Imaginar un cliente web (web browser) que desee realizar múltiples requerimientos simultaneamente Múltiples búsquedas, lectura de mails, chat, etc Imaginar un programa paralelo ejecutándose en un multiprocesador, el cual no necesite concurrencia en términos de la multiplexación de una CPU Ejemplo típico, multiplicación de matrices, dividir las matrices en un k regiones y calcular la multiplicación de las k regiones en k CPUs

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Que se necesita? En cada uno de ejemplos por separado Todos los requerimientos quieren ejecutar el mismo código Gran parte de los datos son los mismos (excepto caso paralelo) Todos tienen los mismos privilegios Todos usan los mismos recursos (archivos abiertos y conecciones) Nos gustaría tener múltiples estados de ejecución Cada estado de ejecución requiere Estado en CPU Pila de ejecución y su puntero SP PC, indicando próxima instrucción a ejecutar Conjunto de valores de registros de propósito general

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Podemos hacer esto con procesos Podríamos crear varios procesos con fork() y hacer que cada uno atienda un requerimiento? Al crearse un proceso hijo Desempeño No tan bueno, porque SO ocupa tiempo y memoria para crear tabla de página y PCB de hijo Sin embargo, SO no copia datos y código, sino que sólo hace que tablas de páginas de procesos apunten a lo mismo COW (Copy On Write) : SO asigna memoria a proceso hijo cuando desea escribir.

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Podemos hacerlo mejor Idea Separar concepto de proceso (espacio de direccionamiento, estado CPU, recursos) Que es lo mínimo que necesitamos para identificar un estado de ejecución? Estado de CPU. A esto se le llama hebra de control Incluye estado PC,SP y valores registros generales También se le llama proceso liviano

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Hebras y procesos Mayoría de SOs modernos (Mach, NT, Unix, Linux) soportan: Proceso, el cual define espacio de direccionamiento y recursos como archivos abiertos, conecciones, etc Hebra, define un flujo de ejecución secuencial dentro de un proceso Una hebra vive dentro de un proceso Múltiples hebras pueden vivir en un proceso Compartir datos entre hebras es barato, comparten mismo espacio de direccionamiento Crear hebras es rápido, manipulación del espacio de direccionamiento y estructura de datos de SO que conoce de hebras Hebras pueden pasar a ser unidades planificables por SO Procesos pasan a ser contenedores de hebras

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Hebras en sistemas/lenguajes disponibles Espacio direcc. hebra Una hebra/proceso Muchos procesos Muchas hebras/proceso Muchos procesos Una hebra/proceso Un proceso Muchas hebras/proceso Un proceso MS/DOS Java UNIX antiguos Mach, NT, Linux, . clave

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Proceso ayer/hoy (Gp:) código (text segment) (Gp:) Datos estáticos (data segment) (Gp:) heap (mem dinámica) (Gp:) stack (mem dinámica) (Gp:) SP (Gp:) PC 0x00000000 0xFFFFFFFF Espacio de direccionamiento código (text segment) Datos estáticos (data segment) heap (mem dinámica) Stack hebra 1 PC (H2) SP (H2) Stack hebra 2 Stack hebra 3 SP (H1) SP (H3) PC (H1) PC (H3)

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Proceso

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Hebras

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Separación Hebra/proceso Multithreading (concurrencia) útil para: Manejar eventos concurrentemente Cuál es la ganada en una CPU? Construir programas paralelos Hebras se ejecutan en distintas CPUs Mejorando estructura de programas En lugar de crear múltiples procesos concurrentes crear múltiples hebras concurrentes Más rápido / menos memoria / más fácil compartir

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Quién crea/maneja hebras? Opción 1: Hebras de Kernel (SO) Llamadas a sistema permiten creación Asignar stack de ejecución dentro del espacio de direccionamiento de un proceso Crear e inicializar un TCB SP, PC, registros Planificación de hebras realizada por OS