sábado, 18 de septiembre de 2021

2.3 Procesos ligeros: Hilos o hebras

El concepto de proceso engloba dos conceptos separados y potencialmente

independientes: uno relativo a la propiedad de recursos y otro que hace referencia a la

ejecución.

Unidad que posee recursos: A un proceso se le asigna un espacio de memoria y, de tanto

en tanto, se le puede asignar otros recursos como dispositivos de E/S o ficheros.

Unidad a la que se le asigna el procesador: Un proceso es un flujo de ejecución (una traza)

a través de uno o más programas. Esta ejecución se entremezcla con la de otros procesos.

De tal forma, que un proceso tiene un estado (en ejecución, listo, etc) y una prioridad de

expedición u origen. La unidad planificada y expedida por el sistema operativo es el proceso.

En la mayoría de los sistemas operativos, estas dos características son, de hecho, la

esencia de un proceso. Sin embargo, son independientes, y pueden ser tratadas como tales

por el sistema operativo. Esta distinción ha conducido en los sistemas operativos actuales

a desarrollar la construcción conocida como thread, cuyas traducciones más frecuentes son

hilo, hebra y proceso ligero. Si se tiene esta división de características, la unidad de

asignación de la CPU se conoce como hilo, mientras que a la unidad que posee recursos

se le llama proceso.

Diferencia entre Proceso e Hilo

Un proceso es una entidad relativamente independiente que dispone de su propio

espacio de direcciones, su propia información de estado y que utiliza los mecanismos de

comunicación entre procesos que le proporciona el sistema operativo para comunicarse con

otros procesos.

Por otro lado, un hilo es una entidad más reducida capaz de convivir junto a otros

hilos bajo el contexto de un único proceso, permitiendo compartir la información de estado,

el área de memoria y/o los recursos asociados a ese proceso.

Dentro de un proceso puede haber uno o más hilos de control cada uno con:

 Un estado de ejecución (en ejecución, listo, bloqueado).|

 Un contexto de procesador, que se salva cuando no esté ejecutándose.

 Una pila de ejecución.

 Algún almacenamiento estático para variables locales.

 Acceso a la memoria y a los recursos de ese trabajo que comparte con los otros hilos.

Los beneficios clave de los hilos se derivan de las implicaciones del rendimiento: se tarda

menos tiempo en crear un nuevo hilo de un proceso que ya existe, en terminarlo, y en hacer

un cambio de contexto entre hilos de un mismo proceso. Al someter a un mismo proceso a

varios flujos de ejecución se mantiene una única copia en memoria del código, y no varias.

Un ejemplo de aplicación que podría hacer uso de los hilos es un servidor de ficheros de

una red de área local. Cada vez que llega una solicitud de una operación sobre un fichero,

se puede generar un nuevo hilo para su gestión. El servidor gestiona multitud de solicitudes,

por tanto, se pueden crear y destruir muchos hilos en poco tiempo para dar servicio a estas

peticiones. Si el servidor es un multiprocesador, se pueden ejecutar varios hilos de un mismo

proceso simultáneamente y en diferentes procesadores.

Procesos ligeros

Un proceso ligero (thread o hebra) es un programa en ejecución que comparte la imagen

de la memoria y otras informaciones con otros procesos ligeros.


Figura 1 Procesos ligeros
Los procesos ligeros son una unidad básica de utilización de la CPU consistente en un juego
de registros y un espacio de pila. Comparte el código, los datos y los recursos con sus
hebras pares
Una tarea (o proceso pesado) está formada ahora por una o más hebras
Una hebra sólo puede pertenecer a una tarea


Figura 2 Tareas con una y varias hebras

CARACTERISTICAS
 Se comparten recursos. La compartición de la memoria permite a las hebras pares
comunicarse sin usar ningún mecanismo de comunicación inter-proceso del SO.
 La conmutación de contexto es más rápida gracias al extenso compartir de recursos
 No hay protección entre las hebras. Una hebra puede escribir en la pila de otra hebra
del mismo proceso
Estado de los procesos ligeros
Un proceso ligero puede estar ejecutando, listo o bloqueado.
Figura 3 Estados de los Procesos ligeros
Paralelismo
Los procesos ligeros permiten paralelizar una aplicación.


Figura 4 Paralelismo

Otro ejemplo de caso en el que son útiles los hilos es el de los navegadores de la

World Wide Web, como Netscape y Mosaic. Muchas páginas Web contienen múltiples

imágenes pequeñas. Para cada imagen de una página Web, el navegador debe establecer

una conexión individual con el sitio de la página de casa y solicitar la imagen. Se desperdicia

una gran cantidad de tiempo estableciendo y liberando todas estas conexiones. Si tenemos

múltiples hilos dentro del navegador, podemos solicitar muchas imágenes al mismo tiempo,

acelerando considerablemente el rendimiento en la mayor parte de los casos, ya que en el

caso de imágenes pequeñas el tiempo de preparación es el factor limitante, no la rapidez

de la línea de transmisión.

Entre los elementos que son distintos para cada hilo están el contador de programa, los

registros y el estado. El contador de programa se necesita porque los hilos, al igual

que los procesos, pueden suspenderse y reanudarse. Los registros se necesitan

porque cuando los hilos se suspenden sus registros deben guardarse. Por último, los

hilos, al igual que los procesos, pueden estar en los estados de ejecutándose, listo o

bloqueado.

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