Trabajo De Procesos Y Subprocesos 2

Procesos y Subprocesos Sistemas operativos

Introducción. Los sistemas operativos tienen como labor principal “Administrar y controlar de manera eficiente y eficaz los recursos disponibles de hardware en un equipo de cómputopor solicitudes de usuario o del sistema operativo mismo”, esto involucra el controlar el tráfico de información que ocurre en un equipo por cada solicitud que se realiza a los dispositivos de memoria, almacenamiento, procesador, gráficos, audio, video, etc., a petición de usuario a través de software o del S.O. por medio de una interfaz gráfica.

Los sistemas operativos están formados por grupos de sistemas que se encargan de mantener de forma coordinada el funcionamiento del mismo, tales como:

1) Gestión de procesos 2) Gestión de memoria principal 3) Gestión de archivos 4) Gestión del sistema de entrada y salida 5) Gestión de almacenamiento secundario 6) Trabajo con redes 7) Sistemas de protección 8) Sistema de interpretación de ordenes

En este documento se aborda específicamente el tema de los procesos y subprocesos que son los que se encargan de atender las solicitudes hechas por usuarios o del mismo s.o., enfatizando el comportamiento de estos y la interacción con otros procesos, una breve descripción de los estados que puede tener el proceso así como algunos conceptos como conmutación, cambio de contexto, Pseudo-paralelismo y la jerarquía de procesos.

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Objetivo Ampliar los conocimientos del papel que juegan los procesos en el funcionamiento de un sistema operativo e identificar los factores externos e internos que influyen en el comportamiento de los mismos. Conceptos Los siguientes conceptos son de útil uso manejarlos antes de continuar con la lectura de este trabajo. a. Kernel Es el software responsable de facilitar a los distintos programas acceso seguro al Hardware de la computadora o en forma más básica, es el encargado de gestionar recursos, a través de servicios de llamada al sistema. Fuente Título: Núcleo (Informática), sitio de publicación: es.wikipedia.org, fecha de actualización: 29 de noviembre de 2012, dirección web: http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAcleo_%28inform%C3%A1tica%29

b. Fork Una bifurcación (fork en inglés), en el ámbito del desarrollo de software, es la creación de un proyecto en una dirección distinta de la principal u oficial tomando el código fuente del proyecto ya existente. Fuente Título: Bifurcación (desarrollo de software), sitio de publicación: es.wikipedia.org, fecha de actualización: 04 de diciembre de 2012, dirección web: http://es.wikipedia.org/wiki/Bifurcaci%C3%B3n_%28desarrollo_de_software%29

Una bifurcación o fork, cuando se aplica en el contexto de un lenguaje de programación o un sistema operativo, hace referencia a la creación de una copia de sí mismo por parte de un programa, que entonces actúa como un "proceso hijo" del proceso originario, ahora llamado "padre" Fuente Título: Bifurcación (sistemas operativos), sitio de publicación: es.wikipedia.org, fecha de actualización: 09 de noviembre de 2012, dirección web: http://es.wikipedia.org/wiki/Bifurcaci%C3%B3n_%28sistema_operativo%29

c. Sheduler El planificador (en inglés scheduler) es un componente funcional muy importante de los sistemas operativos multitarea y multiproceso, y es esencial en los sistemas operativos de tiempo real. Su función consiste en repartir el tiempo disponible de un microprocesador entre todos los procesos que están disponibles para su ejecución.

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Fuente Título: Planificador, sitio de publicación: es.wikipedia.org, fecha de actualización: 10 de enero de 2013, dirección web: http://es.wikipedia.org/wiki/Planificador

d. Dispatcher. El despachador es el módulo que proporciona un control de la CPU para el proceso seleccionado por el planificador a corto plazo. Esta función implica lo siguiente: El cambio de contexto Cambio al modo de usuario Saltando a la ubicación correcta en el programa de usuario para reiniciar dicho programa. Fuente Título: Scheduling (computing), sitio de publicación: es.wikipedia.org, fecha de actualización: 12 de enero de 2013, dirección web: http://en.wikipedia.org/wiki/Scheduling_%28computing%29#Dispatcher

e. Shell En informática, el término shell se emplea para referirse a aquellos programas que proveen una interfaz de usuario para acceder a los servicios del sistema operativo. Estos pueden ser gráficos o de texto simple, dependiendo del tipo de interfaz que empleen. Los shells están diseñados para facilitar la forma en que se invocan o ejecutan los distintos programas disponibles en el computador. Fuente Título: Shell (Informática), sitio de publicación: es.wikipedia.org, fecha de actualización:10 de enero de 2013, dirección web: http://es.wikipedia.org/wiki/Shell_%28inform%C3%A1tica%29

f. Microprocesador o Procesador El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador. Es un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos. Constituye la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC catalogado como microcomputador. Fuente Título: Microprocesador, sitio de publicación: es.wikipedia.org, fecha de actualización: 17 de enero de 2013, dirección web: http://es.wikipedia.org/wiki/Microprocesador

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g. Archivos o Ficheros Un archivo o fichero informático es un conjunto de bits almacenado en un dispositivo.Un archivo es identificado por un nombre y la descripción de la carpeta o directorio que lo contiene. Los archivos informáticos se les llaman así porque son los equivalentes digitales de los archivos escritos en libros, tarjetas, libretas, papel o microfichas del entorno de oficina tradicional. Los archivos informáticos facilitan una manera de organizar los recursos usados para almacenar permanentemente datos en un sistema informático virtual. Fuente Título: Ficheros (Informática), sitio de publicación: es.wikipedia.org, fecha de actualización: 24 de enero de 2013, dirección web: http://es.wikipedia.org/wiki/Ficheros

h. Memoria (informática) La memoria es un componente imprescindible del ordenador que mantiene disponibles las instrucciones para que el microprocesador o CPU pueda ejecutarlas. También la memoria se encarga de almacenar temporalmente el resultado de los procesos ejecutados. Fuente Título: Memoria (Informática), sitio de publicación: es.vikidia.org, fecha de actualización: 31 de julio de 2011, dirección web: http://es.vikidia.org/wiki/Memoria_%28inform%C3%A1tica%29

i. Pseudo Elemento compositivo de seudo-; Significa “Falso” Fuente Título: pseudo, sitio de publicación: buscon.rae.es, fecha de actualización: desconocida, dirección web: http://buscon.rae.es/drae/srv/search?val=pseudo

j. Paralelismos De paralelo; m. Cualidad de paralelo o continuidad igualdad de distancias entre líneas o planos. Fuente Título: Paralelismo, sitio de publicación: buscon.rae.es, fecha de actualización: desconocida, dirección web: http://lema.rae.es/drae/srv/search?key=paralelismo

k. Bloqueo Del francés bloquer; (verbo transitivo) Interceptar, obstruir, cerrar el paso, impedir el funcionamiento normal de algo.

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Fuente Título: Bloquear, sitio de publicación: buscon.rae.es, fecha de actualización: desconocida, dirección web: http://buscon.rae.es/drae/srv/search?id=iK9GSvihNDXX26fdi9Ne

l. UID En los sistemas operativos se identifican los usuarios dentro del kernel (núcleo) por un valor entero sin signo llamado identificador de usuario, a menudo abreviado como UID o User ID. El rango de valores de UID varía entre diferentes sistemas. Fuente Título: UserIdentifier, sitio de publicación: es.wikipedia.com, fecha de actualización: 04 de agosto de 2012, dirección web: http://en.wikipedia.org/wiki/User_identifier

m. Proceso El proceso se puede definir como un programa en ejecución y de una forma un poco más precisa, como la unidad de procesamiento gestionada por el sistema operativo. Bibliografía: Sistemas operativos una visión aplicada Editorial: McGraw Hill, Capítulo; 3.Procesos

n. Conmutar (Verbo Transitivo) Cambiar una cosa por otra, (Verbo Transitivo Física) Cambiar el destino de una señal o corriente eléctrica Fuente Título: Conmutar, sitio de publicación: buscon.rae.es, fecha de actualización: desconocida, dirección web: http://buscon.rae.es/drae/srv/search?id=NMhh4fkrRDXX2Q5bMukD

o. Asíncrono(a) (adjetivo), Se dice del proceso o del efecto que no ocurre en completa correspondencia temporal con otro proceso u otra causa. Fuente Título: asíncrono, na., sitio de publicación: buscon.rae.es, fecha de actualización: desconocida, dirección web: http://lema.rae.es/drae/?val=as%C3%ADncrona

p. Cuanto En física, el término cuanto o cuantio (del latín Quantum, plural Quanta, que representa una cantidad de algo) denotaba en la física cuántica primitiva tanto el valor mínimo que puede tomar una determinada magnitud en un sistema físico, como la mínima variación posible de este parámetro al pasar de un estado discreto a otro Fuente Título: cuanto, sitio de publicación: es.wikipedia.org, fecha de actualización: 12 de septiembre de 2012, dirección web: http://es.wikipedia.org/wiki/Cuanto

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q. Multiplexación En informática y electrónica, la multiplexación se refiere al mismo concepto si se trata de buses de datos que haya que compartir entre varios dispositivos (discos, memoria, etc.). Otro tipo de multiplexación en informática es el de la CPU, en la que a un proceso le es asignado un quantum de tiempo durante el cual puede ejecutar sus instrucciones, antes de ceder el sitio a otro proceso que esté esperando en la cola de procesos listo a ser despachado por el planificador de procesos. Fuente Título Multiplexación, sitio de publicación: es.wikipedia.org, fecha de actualización: 09 de diciembre de 2012, dirección web: http://es.wikipedia.org/wiki/Multiplexaci%C3%B3n#Multiplexaci.C3.B3n_en_inform.C3.A1tica

r. IDFF Identificador de archivo Bibliografía: Sistemas operativos una visión aplicada Editorial: McGraw Hill, Capítulo; 3.Procesos

s. Fd Descriptor de archivo Bibliografía: Sistemas operativos una visión aplicada Editorial: McGraw Hill, Capítulo; 3.Procesos

t. PP Puntero de posición u.

Bibliografía: Sistemas operativos una visión aplicada Editorial: McGraw Hill, Capítulo; 3.Procesos

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Los Procesos Las computadoras modernas que funcionan a nivel de multiprogramación proyectan ser capaces de atender más de una tarea a la vez, ya que para un usuario es normal encontrarse escuchando una clase de inglés por medio de parlantes conectados al equipo, mientras practica en un documento de Word la escritura de la palabra que está escuchando y dicho archivo de Word ha sido configurado para auto guardarse cada minuto por temor a perder información en caso de sufrir una discontinuidad en la corriente eléctrica y perder el trabajo realizado hasta el momento.

Imagen 1- Las PC modernas que trabajan con multiprogramación proyectan ser capaces de atender más de una tarea a la vez

Todas estas acciones narradas en el ejemplo anterior son procesos que en realidad se encuentran siendo atendidos por la unidad central de procesamiento (ucp) de manera alternada, este concepto se cita en algunos textos como conmutación, pseudo-paralelismo o sistema de tiempo compartido. La

palabra

pseudo-paralelismo

desvela

un

poco

más

la

realidad

del

comportamiento de estos sistemas operativos, como bien dice la palabra [pseudo = falso | paralelismo=igualdad de distancias entre líneas o planos] es un trabajo que se realiza falsa mente en paralelo, esto es así porque para el usuario no es medible, visual, ni perceptivamente cuando se deja de ejecutar un proceso que atiende una solicitud de lectura para avanzar con otro proceso que está atendido

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una solicitud de escritura esto por dar un ejemplo, es debido a la velocidad con que ocurre esto cambios que se tiene la impresión que las tareas se están realizando en un mismo tiempo.

Imagen 2-Dada a la velocidad con que ocurre esto se tiene la impresión que las tareas se están realizando en un mismo tiempo (multiprogramación)

Para aterrizar la idea anterior el efecto de “pasar de un proceso a otro”, no implica que cuando se cambia de proceso, el proceso que ha quedad atrás haya quedado en un estado listo o finalizado precisamente.

Imagen 3-El cambio de proceso no implica que el proceso anterior haya llegado a un estado listo o finalizado precisamente.

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Lo que sucede en la realidad, es que la unidad central de procesamiento conmuta de un proceso a otro, es decir al terminar o bloquear un proceso cambia al siguiente dejando en espera (en el caso del bloqueo) el proceso anterior. Conmutación

En la imagen 4 se observan dos ilustraciones de la conmutación de procesos, la imagen 4(a) muestra dos procesos que podrían ser procesos hermanos (hijos de un proceso x) o bien dos procesos independientes, en dicha ilustración se observa que cuando el proceso A entra a un estado de espera el proceso B quien ya ha hecho gestión para uso de la ucp inicia

su

ejecución,

luego

sucesivamente cuando el proceso B entra al estado de Espera el proceso A Imagen 4-Conmutación de procesos

es retomado por la ucp. La imagen 4(b) muestra como cuatro procesos van avanzando en un lapso determinado de manera

alternada

entendiendo

que

cada espacio vacío entre líneas son interrupciones hechas a cada proceso para facilitar recursos del ucp a otro proceso que lo solicita, en la ilustración se deja ver el avance paralelo pero con interrupciones, es decir se debe rendir la ucp a un proceso por determinado tiempo a la vez. Proceso Nulo La ucp una vez que el equipo se encuentra encendido no deja de ejecutarse en ningún momento por tal razón existe el proceso nulo, de manera que cuando el procesador por un ínfimo momento no sea solicitado por algún proceso que lo requiere, se ejecute el proceso nulo el cual no realiza ninguna operación útil, solo tiene como función mantener al procesador realizando una tarea.

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¿Qué contiene un proceso? El proceso es una actividad que contiene un programa, datos de entrada como insumo para el proceso ya que estos contienen

valores

a

considerar

en

su

ejecución, un estado que permita identificar si se encuentra listo, bloqueado o en ejecución y datos de salida o bien el resultado que ha dado el proceso mismo.

Para dar un ejemplo se propone la siguiente Imagen 5-El proceso es una actividad que contiene un programa, datos de entrada, un estado y datos de salida

ilustración que se homologa de la ilustración que se plantea en “Tanenbaum, Andrew – Sistemas

Operativos

Diseño

e

implementación 2da edición”, en esta ilustración se tratar de identificar el programa, los datos de entrada, salida y un resultado.

Se

ha

contactado

mecánico vehículo

en

a

vista

presenta

cierto

que

un

problemas

con la caja de cambios, dicho vehículo cuenta con una caja automática

y

el

dueño

ha

decidido realizar el cambio a una caja de cambio mecánica, se han facilitado los repuestos necesarios

para

realizar

el

cambio y el mecánico cuenta con la experiencia para saber cuáles son los pasos a seguir para realizarlo, bajar la caja

Imagen 6-Ilustración de proceso con la analogía de un arreglo mecánico

añadir, cambiar caja, agregar bombas, cables, pedal, palanca, etc…, hasta este

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punto estos pasos a seguir son el programa, los repuestos que se han adquirido para realizar el cambio son los datos de entrada, el proceso consiste en que el mecánico (que representa la ucp) tome las herramientas y repuestos e inicie el proceso de transformación de caja automática a caja mecánica, en medio del proceso se encuentra con que hace falta uno de los repuestos, lo que hace en este punto el mecánico es detenerse (una interrupción), tomar nota (mental de ser posible) de hasta qué punto llego en el proceso, y luego solicitar el repuesto faltante, en este punto nuestro proceso entra en un estado bloqueado y a dicho proceso tiene asignado un punto de referencia de donde se encuentra, una vez que el repuesto ha sido facilitado, el mecánico revisa sus notas para ubicar hasta qué punto se avanzó y de ahí seguir adelante, hasta terminar con la transformación de caja, el proceso llega a su estado listo.

Jerarquía de procesos Los procesos deben ser posibles crearlos o destruirlos según lo requiera la operación que se realiza, la creación de un proceso se realiza a partir de una instrucción FORK (bifurcación), la cual hereda a los nuevos procesos características del proceso invocador, de estos se realiza carga en memoria para poderlos ejecutar.

Un ejemplo de la creación de procesos es la detección de cantidad de terminales existentes para un arranque de imagen lo que genera un proceso por cada terminal detectada.Cuando se inicia sesión en una de las terminales, el Shell se encarga de iniciar un nuevo proceso por cada comando existente a partir del inicio de sesión.

El ejemplo anterior que involucra al Shell muestra porqué es necesario que un proceso pueda crear otro proceso, así entonces un proceso si lo requiere tendráprocesos hijos, por referencia se pueden encontrar en un árbol de procesos, procesos padres, hijos, hermano o abuelos.

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Imagen 7-Árblo de procesos-Jerarquía de procesos heredarían las características del proceso predecesor

Algunas características a considerar de los procesos son: Los niveles usualmente no sobrepasan de 3 a diferencia de los niveles de archivos que pueden ser de hasta 5 o más. Su tiempo de vida no es extenso. Los procesos hijos pueden ser manejados o controlados únicamente por su respectivo proceso padre a diferencia de los archivos que los controles son heredados a otros directorios y no únicamente al archivo propietario, esto se hace por medio de mecanismos que se encargan de permitirlo Estados de procesos Un proceso se puede encontrar en cualquiera de los siguientes estados; En proceso cuando se está realizando la operación, de este estado puede pasar a bloqueo en caso que se requiera a falta de una entrada que necesita el proceso de ahí podría pasar a un estado listo si se recibe el dato de entrada esperado, igualmente del estado en proceso puede pasar directamente a listo sin haber Imagen 8- Estados de un proceso

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finalizado sino únicamente por que el planificador ha creado una interrupción para ceder tiempo de ucp a otro proceso. Estos serían los estados en los que se puede encontrar un proceso y es el planificador de procesos el que se encarga de administrar dichos estados y acciones para llegar a ellos. Planificador El planificador (scheduler) forma parte del núcleo (Kernel) del sistema operativo, este entra en ejecución cada vez que se activa el S.O. y su misión es seleccionar el proceso que se ha de ejecutar a continuación. El activador (dispatcher) también forma parte del sistema operativo y su función es poner en ejecución el proceso seleccionado por el planificador. Imagen 9-Planificador y algoritmos de planificación

A continuación se mencionan algunos de planificadores y una breve

descripción. Primero en llegar, primero en ser servido: Los procesos que se encuentran en estado listo por interrupción se encuentran ordenados en orden basado en el momento en que llegaron a dicho estado, los que tienen más tiempo en espera se encuentran de primero en la cabecera, habiendo una única cola de listos . Round-Robín: El algoritmo cíclico está diseñado para repartir de manera uniforme el tiempo cedido por el procesador a través de un cuanto asignado. Primero el trabajo máscortó: Apropiado para los sistemas que trabajan con lotes, se debe conocer por adelantado el tiempo de ejecución de los procesos, de manera que se seleccione

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el trabajo que implique menos tiempo realizándolo sin interrupciones, sin embargo esto afecta en dejar los procesos con más tiempo requerido rezagados. Por prioridad: A cada proceso se asigna una prioridad y se selecciona el proceso que se encuentre en estado listo y que tenga máxima prioridad

Cambio de contexto El cambio de contexto ayuda al cambio de estado de procesos, el cambio de estado, puede estar asociado a la interrupción por lectura de disco para leer información requerida por un proceso en estado bloqueado y una vez obtenido el dato, el proceso puede cambiar a un estado listo o bien mantenerse en ejecución en dependencia de lo que ha dispuesto el planificador. Igual puede deberse a un cambio de estado por la interrupción de atender Imagen 10- Bloque de control de procesos BCP

una solicitud de otro proceso. Los cambios de estados implican interrupción en los procesos y en la interrupción de procesos se salva en BCP (Bloque de Control de Procesos) primeramente y luego se cede al sistema operativo el tratamiento de la interrupción.

Imagen 11-Funcionamiento del BCP

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Compartir información.

Cuando la información ha de ser compartida por varios procesos no ha de residir en BCP, que es de acceso restringido al proceso que le ocupa, a lo sumo BCP tendrá un apuntador que permita alcanzar esa información.

Imagen 12-Junto fd de cada proceso se ubica el pp

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Subprocesos Un proceso ligero o subproceso se define como una función cuya ejecución se puede lanzar en paralelo con otros procesos ligeros en un mismo proceso (división de tareas) mientras el proceso que les contiene se encuentre activo, lo que optimiza los espacios en memoria requeridos para su funcionamiento ya que estos utilizan el mismo espacio en memoria que el proceso padre, lo que implica que al el procesador será más demandado por hilos en ejecución (ejecuciones

más

prontas),

el

procesador tendrá una mayor tasa de demanda de recursos. Un ejemplo de subproceso seria la activación de un documento en Word, Imagen 13-Ilustración de proceso activo y subprocesos

la

aplicación

propiamente

es

el

proceso (proceso moderno), el cual

reserva espacios de memoria, acceso a archivos y recursos de HW como la impresora, al abrir un nuevo documento se está activando un subproceso con acceso a los recursos proporcionados por el proceso activo.

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Estados de subprocesos. Los hilos se pueden encontrar en cualquiera de los siguientes estados. En ejecución, un proceso ligero en ejecución hace referencia a la realización de un trabajo activo. Listo para ejecución, como se plantea en el estado de procesos a nivel de usuario, un Proceso es capaz de detectar cuando un hilo esta apunto de bloquearse, por tal razón identifica cual será el siguiente hilo a ejecutar en el proceso, ese hilo detectado se encuentra en estado listo para ejecución, esperando que el subproceso activo le transfiera procesar.

información

a

Imagen 14-Estados de procesos ligeros (hilos)

Bloqueado, es el proceso que no se encuentra ni ejecución, ni listos para ejecutarse. Paralelismo de procesos ligeros Como se observa en la imagen 15, los hilos contenidos en un proceso de un sistema operativo moderno (multiprogramación), permite que los procesos realicen el efecto de pseudo-paralelismo entre hilos, estos a su vez compartiendo variables contenidas en el proceso que les rige, mientras que un proceso en un sistema Imagen 15- S.O. modernos y S.O. Tradicional

operativo tradicional ejecuta una tarea a la vez en el único

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hilo que rige. Ventajas de procesos ligeros Permite separación de tareas, cada tarea se puede encapsular en un proceso ligero independiente. Facilita la modularidad, al dividir trabajos complejos en tareas. Aumenta la velocidad de ejecución del trabajo, puesto que aprovecha los tiempos de bloqueo de unos procesos ligeros para ejecutar otros. Implementación de subprocesos Espacio de usuario La implementación de hilos consiste en detectar cuando un hilo dentro del proceso está apunto de bloquearse, dado que en el proceso existe la tabla de hilos disponibles, este antes de que se produzca el bloque ya sabe cuál será el próximo subproceso (hilo) a seleccionar para continuar con la tarea del proceso.

Ventajas El kernel ignora su existencia Tabla de subprocesos accesible únicamente dentro del proceso para poder realizar cambios de contextos Cambios de contexto más rápido (no pasa por el núcleo) Cada proceso puede contar con un algoritmo de planificación

Desventajas Llamadas bloqueantes al sistema Fallos de página La ucp debe ceder tiempo a cada uno de ellos debido a la conmutación dentro del mismo proceso Bloqueo frecuente No puede acceder a los recursos de máquina, para ello debe ejecutar llamadas al sistema (petición transmitida por un proceso de kernel)

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Espacio de Kernel En el espacio de kernel a diferencia del espacio de usuario, este no logra detectar si hay otros hilos disponibles a parte del que está activo, por tal razón cuando este hilo entra a un estado de bloqueo, el kernel detiene todo el proceso ya que no tiene idea de que existen otros hilos que puedan ser activados para continuar con el proceso.

Ventajas El núcleo mantiene la tabla de hilos, que es un subconjunto de la de procesos. Las llamadas bloqueantes no necesitan funciones especiales Los fallos de página no suponen un problema Al bloquearse un hilo, el kernel puede conmutar a otro hilo de otro proceso Desventajas Las llamadas bloqueantes son llamadas al sistema (mayor consumo de recursos) La creación y destrucción de procesos es más costosa (reutilización de hilos)

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