HILOS DE PROCESOS | ¿QUE ES UN HILO? | CONCEPTOS BÁSICOS DE SISTEMAS OPERATIVOS
Summary
TLDREn este video, se exploran los procesos y hilos en sistemas operativos. Se definen procesos y hilos, destacando que cada proceso tradicionalmente tiene un espacio de direcciones y un solo hilo de control. Los hilos, que comparten el espacio de direcciones del proceso padre, pueden ejecutarse de forma quasi-paralela, simplificando la programación y permitiendo la ejecución de múltiples tareas a la vez. Los hilos son ligeros y fáciles de administrar, lo que mejora la eficiencia de los programas. Además, en sistemas con múltiples CPU, los hilos pueden ejecutarse en paralelo, aumentando el rendimiento. Se ilustra con un ejemplo de un procesador de texto que interactúa con el usuario, formatea texto y escribe en disco de forma simultánea.
Takeaways
- 🧵 Los hilos son un concepto en sistemas operativos que permiten la ejecución de varias actividades a la vez dentro del mismo espacio de direcciones de un proceso.
- 💡 Un hilo de ejecución se define por un Program Counter, que marca las direcciones de las instrucciones que se ejecutan.
- 🔄 La utilización de hilos puede mejorar la eficiencia y la simplificación de la programación, ya que permiten que varias tareas parezcan ejecutarse de forma paralela.
- 📚 Los hilos comparten el espacio de direcciones y los datos del proceso padre, lo que incluye variables globales pero cada hilo tiene su propia pila de variables locales.
- ⚖️ Los hilos son más ligeros que los procesos, lo que hace que sean más fáciles de crear y destruir, mejorando la eficiencia en la ejecución de programas.
- 🔗 La capacidad de los hilos para compartir datos y memoria puede promover el uso de hilos en lugar de procesos, ya que reduce la sobrecarga de manejo de recursos.
- 💻 La creación de un hilo es significativamente más rápida que la de un proceso, lo que puede ser crucial en aplicaciones que requieren alta eficiencia.
- 📈 La presencia de hilos puede no aumentar el rendimiento si todos están ligados a la CPU, pero sí mejora la eficiencia cuando hay operaciones de entrada/salida.
- 🖥️ En sistemas con múltiples CPUs, los hilos pueden ejecutarse en paralelo en diferentes núcleos, lo que representa un verdadero paralelismo en la ejecución.
- 🔄 En sistemas operativos tradicionales, cada proceso tiene un solo hilo de control, pero la implementación de múltiples hilos permite una ejecución más eficiente y flexible.
Q & A
¿Qué es un hilo de ejecución en un sistema operativo?
-Un hilo de ejecución, también conocido como subproceso, es una unidad de procesamiento capaz de ejecutar instrucciones de forma independiente dentro de un proceso. Es ligero en comparación con un proceso y comparte el espacio de direcciones y datos globales con otros hilos del mismo proceso.
¿Cuál es la diferencia fundamental entre un proceso y un hilo?
-Un proceso es una instancia de un programa en ejecución que tiene su propio espacio de direcciones, mientras que un hilo es una entidad más pequeña que ejecuta dentro de un proceso y comparte el espacio de direcciones y datos con otros hilos del mismo proceso.
¿Por qué se utilizan varios hilos en un mismo espacio de direcciones?
-Se utilizan varios hilos para lograr una ejecución casi paralela de tareas, lo que puede mejorar la eficiencia y la simplicidad de la programación. Los hilos pueden compartir datos y memoria, lo que facilita la colaboración en tareas comunes.
¿Cuál es la ventaja de usar hilos sobre procesos en términos de rendimiento?
-Los hilos son más ligeros que los procesos, lo que significa que son más fáciles y rápidos de crear y destruir. Esto puede mejorar la eficiencia y la velocidad de ejecución de programas que requieren la ejecución de múltiples tareas a la vez.
¿Cómo pueden los hilos afectar positivamente un programa que realiza operaciones de entrada/salida?
-Cuando un hilo está esperando por una operación de entrada/salida, otros hilos pueden continuar ejecutándose, lo que puede agilizar la aplicación y mejorar el uso general de la CPU.
¿Cómo se relacionan los hilos con el paralelismo en sistemas con múltiples CPU?
-En sistemas con múltiples CPU, los hilos pueden ejecutarse en paralelo reales, con cada hilo potencialmente corriendo en un núcleo de CPU diferente, lo que permite un verdadero paralelismo en la ejecución de instrucciones.
¿Qué es el Program Counter y cómo se relaciona con los hilos?
-El Program Counter es un registro que indica la siguiente instrucción que debe ejecutarse en un hilo. Cada hilo tiene su propio Program Counter, lo que le permite ejecutarse de manera independiente dentro del proceso.
¿Por qué es importante que los hilos compartan el mismo espacio de direcciones?
-La compartición del mismo espacio de direcciones permite que los hilos accedan y modifiquen datos y variables globales compartidas, lo que simplifica la programación y facilita la colaboración en tareas comunes.
¿Cómo se gestiona la ejecución de múltiples hilos en un sistema operativo?
-Un sistema operativo gestiona la ejecución de múltiples hilos mediante el uso de un planificador de hilos que decide cuál hilo se ejecutará en qué momento, a menudo intercambiando rápidamente entre ellos para dar la impresión de ejecución paralela.
¿Qué problemas pueden surgir si los hilos no están bien sincronizados?
-Si los hilos no están bien sincronizados, pueden ocurrir problemas como la condición de carrera, donde los hilos acceden y modifican datos compartidos sin la debida coordinación, lo que puede llevar a datos inconsistentes o a la corrupción de la memoria.
Outlines
🧵 Conceptos básicos de hilos en sistemas operativos
Este párrafo introduce los hilos de ejecución en sistemas operativos, comparándolos con los procesos. Se explica que mientras un proceso tiene su propio espacio de direcciones, un hilo actúa dentro del espacio de direcciones de su proceso padre. Los hilos son útiles para la ejecución de tareas de manera casi paralela, compartiendo datos y direcciones, lo que puede simplificar la programación y mejorar la eficiencia. Además, se menciona que los hilos son más ligeros que los procesos, lo que facilita su creación y destrucción, y pueden mejorar el rendimiento al permitir la superposición de cálculos y operaciones de E/S. Finalmente, se discute cómo los hilos pueden ser útiles en sistemas con múltiples CPU, permitiendo un paralelismo real.
👨💻 Modelos de programación con hilos y su simplicidad
En este párrafo se explora cómo la programación se vuelve más simple con la utilización de hilos, proporcionando un ejemplo de un procesador de texto que tiene tres hilos: uno interactúa con el usuario, otro formatea el texto y el tercero escribe periódicamente el contenido de la RAM al disco. Se destaca que cada hilo maneja su propia pila de variables locales, pero comparten las mismas variables globales. Esto simplifica la programación al permitir que varios hilos operen sobre el mismo documento sin la necesidad de una gestión compleja de recursos. Además, se menciona que en sistemas con múltiples núcleos, se puede lograr un paralelismo real en la ejecución de instrucciones.
🔄 Diferencias entre procesos y hilos en términos de recursos y administración
Este párrafo profundiza en la diferencia entre los procesos y los hilos, enfocándose en la cantidad de recursos y la forma en que son administrados por el sistema operativo. Mientras que los procesos tienen un espacio de direcciones, variables globales, archivos abiertos, procesos hijos, alarmas, señales y manejadores de interrupciones, los hilos son más ligeros y tienen menos elementos a administrar, como un contador de programa, registros y una pila de variables locales. Se resalta que los hilos pueden modificar cualquier variable global dentro del espacio de direcciones del proceso, lo que implica que no hay protección entre ellos, y por lo tanto, la programación debe ser cuidadosa para evitar conflictos de memoria.
Mindmap
Keywords
💡Proceso
💡Hilo
💡Program Counter (PC)
💡Espacio de direcciones
💡Concurrencia
💡Multihilo
💡Administración de hilos
💡Rendimiento
💡CPU
💡Memoria compartida
Highlights
Definición de hilo de ejecución en sistemas operativos.
Relación entre procesos y hilos en términos de espacio de direcciones y control.
Importancia del Program Counter (PC) en el control de hilos.
Ventajas de utilizar múltiples hilos en un mismo espacio de direcciones.
Aplicaciones de hilos en programas que requieren actividades simultáneas.
Mejora en la simplificación de la programación con la utilización de hilos.
Comparación de la eficiencia entre procesos y hilos en la administración de recursos.
Impacto en el rendimiento de aplicaciones con hilos en sistemas con múltiples CPUs.
Ejemplo práctico de hilos en un procesador de texto y su interacción con el usuario.
Diferenciación entre paralelismo cuasi y verdadero en el contexto de hilos y CPUs.
Importancia de la programación multihilo en sistemas operativos modernos.
Desarrollo de modelos de programación más simples con la utilización de hilos.
Comparación de la eficiencia en la creación y destrucción de hilos versus procesos.
Funcionamiento de hilos en sistemas con una única CPU y su ilusión de paralelismo.
Riesgo de interferencia entre hilos debido a la falta de protección en el espacio de direcciones compartido.
Administración de hilos en términos de recursos y estados por parte del sistema operativo.
Elementos fundamentales que componen a un hilo de ejecución en sistemas operativos.
Conclusión sobre la utilidad y la implementación de hilos en la programación de sistemas operativos.
Transcripts
Bienvenidos a otro video hoy vamos a
hablar sobre procesos e hilos en
sistemas operativos vamos a definir
básicamente lo que es un hilo pensemos
lo siguiente hemos hablado de que es un
proceso en videos anteriores eh donde
tenemos obviamente un contexto un
espacio de
direcciones diferentes datos asociados a
lo que es un proceso o como tal que es
que básicamente es administrado por el
sistema operativo pero en el caso de los
hilos podemos hablar que en los sistemas
operativos tradicionales cada proceso
tiene un espacio de direcciones y un
solo hilo de control recordemos que el
hilo de control va a estar dado por lo
que es el program Counter Sí donde el
program Counter va a ir marcando las
direcciones de las instrucciones que va
a ejecutar el proceso Sí o sea de la
parte de del código del proceso se va a
ir ejecutando a través de ese hilo de
control que marca el program Counter
bien en situaciones es conveniente tener
varios hos de control en el mismo
espacio de direcciones en las cuales
podemos analizar o pensar que se ejecuta
cuasi paralelamente sí como si fueran
procesos en este caso casi separados
excepto que estos hilos comparten el
espacio de direcciones del proceso padre
Por así decirlo del proceso mayor de
alguna
manera lo
siguiente Cuáles son las razones por las
cuales nosotros podríamos querer
utilizar varios hilos o varios
subprocesos Por así decirlo eh En las
cuales podemos hablar de que muchas
aplicaciones desarrollan varias
actividades a la vez sí Entonces que
puede que se requieran que estas estos
cilos de ejecución actúen de forma cuasi
paralela sí dándonos la sensación de que
hacen varias tareas a la vez sí entonces
Eh puede ser que algunas de ellas eh se
puedan bloquear de vez en cuando y
generar un modelo de programación más
simplificado al poder ejecutar varios
hilos Esa es la la idea para el uso en
las cuales con hilo se puede agregar un
nuevo elemento la habilidad de las
entidades en paralelo de compartir el
espacio de direcciones y todos sus datos
entre ellas es lo que eh digamos
promueve el uso de hilos ya que eh se
puede compartir el mismo espacio de
direcciones y todos los datos del
proceso y todo lo que son las variables
locales y globales o en este caso las
variables globales del proceso son
compartidas por los hilos eso es lo que
puede ayudar eh este este uso de hilos
no otra de las razones para tener hilos
es que como son más ligeros que los
procesos digamos son más fáciles de
administrar estos hilos que toda la
información que que vimos que necesita
un proceso quiere decir que son más
fáciles de crear y destruir entonces en
muchos sistemas la creación de un hilo
es de 10 a 100 veces más rápida que la
de un proceso Entonces ahí es donde
radica la importancia del uso de hilos y
est puede mejorar obviamente la
eficiencia y la básicamente ejecución de
los diferentes programas
no alguna otra razón para tener hilos
también un argumento relacionado con el
rendimiento los hilos fíjense que no
producen Un aumento en el rendimiento
cuando todos ellos están ligados a la
cpu pero cuando hay una cantidad
considerable de cálculos y operaciones
de entrada salida al tener hilos Estas
actividades se pueden superponer con la
cual se agiliza la aplicación si no es
lo mismo que un proceso como tal accede
a entrada salida a un hilo que es algo
más ligero y que digamos
e va a intercambiar información quizás
de menor de menor calibre o de menor
ancho de banda de alguna forma con este
dispositivo de entrada salida por último
podemos decir decir que los cilos son
útiles para los sistemas con varias cpu
Ya que ahí es donde podemos hablar del
verdadero paralelismo si nosotros
hablamos de que tenemos varios Hilos de
ejecución dentro de un proceso eh pero
solo utilizamos una cpu está va a ser
una ejecución cuasi paralela ya que esos
hilos se van a ir conmutado dentro de
esa única cpu ahora si tenemos varias
cpu que manejan varios program Counter
Sí varios eh varios de estos registros o
sea varios hilos varios puntos de
control de alguna forma o varios Hilos
de control volviendo digamos a este
concepto ahí donde vamos a encontrar el
verdadero paralelismo ya que si
encontramos una cpu con cuatro con
cuatro núcleos Por así decirlo cada uno
de esos núcleos podría estar digamos
atendiendo cada uno de esos hilos por
ejemplo bien fíjense Vamos a verlo
ejemplo que nos va a quedar mucho más
claro de qué hablamos cuando estamos
hablando de hilos en este caso tenemos
con tres hilos el modelo de programación
podría ser mucho más simple fíjense que
el primer hilo eh podemos hablar de que
interactuamos con el usuario el segundo
proceso o hilo en este caso puede dar
formato a lo que es un documento en un
procesador de texto para ponernos en
contexto tenemos un procesador de texto
recordemos que tenemos el kern y acá
Tenemos el mismo espacio de direcciones
y los tres Hilos de ejecución Sí
entonces un hilo podría estar
interactuando con el usuario el otro
hilo podría estar dándole formato al
texto de este procesador de texto y el
tercer hilo podría estar escribiendo
contenido de la ram al disco en forma
periódica Entonces fíjense como Eh Al
tener varios hlos de ejecución tenemos
varias tareas que se realizan de forma
cuasi paralela y que para el usuario se
realizarían de forma básicamente
simultánea no en la cual está
interactuando con el usuario a través
del teclado está dándole formato al eh
texto de este procesador y a su vez está
escribiendo en disco el contenido de la
memoria RAM Qué tienen en común digamos
estos hilos eh que operan el mismo
documento fíjense que claramente
trabajan con las mismas variables
globales del documento pero cada uno
maneja su propia eh su propio conjunto
su propia pila de variable locales en
este caso fíjense que esto simplifica
mucho más la programación y a su vez si
tenemos varios núcleos que en los cuales
Se podrían estar ejecutando varios hlos
de ejecución Eh Esto nos permitiría
obviamente la verdadera eh el verdadero
paralelismo en la ejecución de
instrucciones Fíjese que el modelo
clásico de ilo se basa básicamente en
dos conceptos eh independientes uno es
el agup ento de recursos y ejecución
otro concepto que tiene un proceso de
hilo de ejecución es que por lo general
solo se lo llama hilo y el hilo tiene un
contador de programa que lleva al
registro del cual
eh nos va indicando Cuál es la
instrucción que se ejecuta a
continuación si ese registro es
justamente ese contador de programa PR
Counter que nosotros hablábamos
anteriormente obviamente va a tener
registros que contienen las variables de
trabajo actual y va a tener una pila que
va a contener justamente el historial de
ejecución con el conjunto de valores
para cada uno de los procedimientos que
llama o que utiliza cada uno de esos
hilos entonces tiene una serie de
e así como lo vimos con los procesos
tiene una serie de datos eh que va de
datos e información que necesita para
poder administrar ese hilo de alguna
manera recordando que ocupa el mismo
espacio de direcciones que el proceso eh
mayor que digamos está llamando a este
hilo de ejecución no
fíjense lo siguiente el modelo clásico
deo vamos a tener Obviamente el espacio
de kern lo que es el núcleo y en este
caso tenemos tres procesos pero cada uno
con un hilo de ejecución o sea cada uno
maneja un program Counter y este program
Counter va a estar digamos
eh conmutado cada uno de estos Hilos de
ejecución o de cada uno de estos
procesos no por otro lado podemos tener
el proceso con tres hilos en los cuales
se va trabajando con cada uno de esos
hilos de ejecución distintos que este
proceso
contiene recordando que comparte el
mismo espacio de direcciones Por ende
las mismas variables globales y cada
hilo va a tener su propia sus propias
variables locales
no fíjese cuando hablamos de multihilo
cuando se ejecuta un proceso con
multihilo en un sistema con una cpu los
hilos van a tomar turnos para ejecutarse
en paralelo el multilent lo que va a
hacer de la la misma manera la cpu va a
conmutar rápidamente un entre un hilo y
otro dando la ilusión de que estos hilos
se van a ejecutar en paralelo Aunque en
una cpu más lenta que la verdadera con
tres hilos limitados a cálculos en un
proceso los hilos digamos parecerían que
se Ejecutan en paralelo pero cada uno
digamos va a utilizar en un tercio la
cpu o la velocidad de la cpu verdadera
no en este
caso fíjese que los distintos siglos en
un proceso no son tan independientes
como los procesos ya que todos los hilos
van a tener el mismo espacio de
direcciones esto que hablábamos que van
a compartir las mismas variables
globales Como cada hilo puede acceder
digamos a cada dirección de memoria
dentro del espacio de direcciones del
proceso un hilo puede leer escribir o
incluso borrar la pila de de datos de
otro hilo fíjese que no hay protección
entre los hilos debido a que uno es
imposible y otro no Debería ser
necesario ya que digamos si está bien de
desarrollada la programación eh de estas
tareas no debería poder no debería
básicamente pisarse en memoria los
diferentes datos de cada hilo de
ejecución que se está utilizando
no fíjense cuando hablamos de multilent
habíamos hablado que por proceso definí
un espacio de direcciones variables
globales archivos abiertos procesos
hijos alarma señales y manejadores de
Señales o
interrupciones información contable todo
lo que nos permitía administrar a un
proceso o le permitía al sistema
operativo poder administrar ese proceso
y planificarlo y programarlo en la cpu
ahora los hilos dijimos que son más
ligeros Por ende van a tener elementos
eh menor cantidad de elementos como
vemos tenemos un contador de
programa una cantidad de registros que
van a utilizar una pila Sí una pila de
de variables como veníamos hablando y el
estado obviamente en el el cual se
encuentra el hilo recordemos que puede
estar ejecutándose en espera bloqueado
eh lo mismo que los procesos como
habíamos visto en su
momento fíjense que acá tenemos
justamente el modelo un poco más eh en
detalle donde vamos a tener a cada hilo
con su propia pila fíjense que acá
tenemos la pila del hilo uno la pila del
hilo dos la pila del hilo 3es son
básicamente la pila de variables locales
que usa cada uno de los hilos y
obviamente estos hilos pueden modificar
cualquier variable global que está
dentro de este espacio de direcciones y
recordemos que est es la memoria el
espacio de usuario y este es el espacio
kernel que en el cual accederías a esas
instrucciones eh privilegiadas del
sistema
operativo bien Esto fue entonces una
aproximación a lo que son los hilos
de en relación a los procesos si estos
hil los de ejecución espero les sirva
nos vemos la próxima no te darle like y
suscribirte Muchas
gracias
関連動画をさらに表示
11 de septiembre de 2024
RESUMEN UNIDAD 2: Administración de Procesos y del procesador.
Procesos e Hilos ¿Cuál es la diferencia? ¿Porqué es importante comprenderlos?
How Silk is Made
Proceso de fabricación de Hilos - La Colonial - Fábrica de Hilos
COMO se HACE la SEDA a partir de la cría de los GUSANOS de SEDA🐛| Como se PRODUCE el HILO de SEDA
5.0 / 5 (0 votes)