Revisión del 18:14 5 oct 2019

Un hilo es una línea de ejecución de un proceso, el flujo de control de programa ( Thread ). Todo proceso parte inicialmente con un único hilo principal, aunque el sistema operativo ofrece llamadas al sistema que permiten al programador crear y destruir hilos. Por tanto, un proceso está compuesto por uno o más hilos.

Los estados de un hilo son iguales a los de un proceso, por tanto, un hilo puede estar en estado preparado, bloqueado o activo en un cierto instante de tiempo. La conmutación entre hilos de un proceso es menos costosa que la conmutación de procesos, por tanto, el planificador(*) tiende a conmutar entre hilos de un proceso siempre que el proceso en su conjunto no haya agotado el tiempo máximo de asignación del procesador.

(*) Planificador: Parte del SO que se encarga de decidir qué proceso pasa a estado activo en cada instante.

Los hilos nos permiten aprovechar la existencia de más de un procesador en el sistema, puesto que podemos asignar un hilo a cada uno de los procesadores que haya disponibles. Si hay más de un procesador, dos hilos de un mismo proceso pueden estar en estado activo simultáneamente. Por tanto, la programación con hilos nos permite sacar partido de las arquitecturas de multiprocesador que predominan en la actualidad.

Cuando se crea un hilo, el programador indica qué código ejecuta. Los hilos de un mismo proceso comparten el mismo espacio de memoria, por tanto, dos hilos del mismo proceso pueden compartir estructuras de datos,variables, código, archivos abiertos... Al acceder a los recursos del sistema de manera compartida, las tareas realizan un consumo de recursos inferior.

Veamos un ejemplo diseñado para un solo procesador:

Con multiprocesamiento podemos ejecutar diferentes procesos a la vez. Si tenemos uno solo podemos desdoblarlo en hilos, usando técnicas de programación apoyadas en APIS (como POSIX threads).

En caso de tener multi-hilo, se puede activar o desactivar desde la BIOS ( Basic Input/Output System ), ya que hay programas antiguos que no los soportarían.

Para aumentar su eficiencia, un programa en ejecución debe crear tantos hilos como el doble del número de procesadores de los que disponga el sistema. Por ejemplo: 4 hilos para un programa ejecutado con 2 procesadores. -> Número de hilos = Número de tareas realizadas "simultáneamente".

Las principales ventajas del uso de hilos son:

• Menor penalización en cuanto a conmutación. Ya que sólo se produce un salto en la ejecución de código del proceso, no interviene el planificador de procesos.

• Dos hilos de un mismo proceso comparten memoria aprovechando mejor los recursos y eliminando los mecanismos de comunicación necesarios para soluciones implementadas en varios procesos.

• Con un solo procesador es posible que una línea de proceso haga uso de una llamada al sistema que haga que el proceso pase a estado bloqueado. En este caso se puede llamar a otro hilo del mismo proceso en lugar de conmutar a otro proceso externo, ahorrando así tiempo de conmutación asociado a la ejecución del planificador de procesos.

¿Tareas simultaneas? EXPLICACIÓN:

Aunque un núcleo solo puede realizar una tarea a la vez, podemos usar los hilos para hacer creer al usuario ( y al ordenador ) que sí se puede hacer más de una tarea al mismo tiempo. En lugar de realizar una tarea al completo, se divide en porciones ( cada hilo se encarga de un aspecto concreto del programa ), de modo que se van alternando entre porciones de distintas tareas para que parezca que ambas se están ejecutando simultaneamente.

Ejemplo

El siguiente es un código en C de ejemplo en el que se muestra la creación de dos hilos. Se hace uso de la llamada al sistema sleep que hace que el proceso pase a estado bloqueado durante N segundos. Nótese que al compartir la variable a, ambos hilos modifican su valor.

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

int a = 10;

void *codigo_hilo1(void *arg)
{
	sleep(10);
	a = a - 2;
	printf("Soy el hilo 1 y la variable a vale %d\n", a);
	return NULL;
}

void *codigo_hilo2(void *arg)
{
	sleep(5);
	a++;
	printf("Soy el hilo 2 y la variable a vale %d\n", a);
	return NULL;
}

int main(void)
{
	pthread_t hilo1, hilo2;

	pthread_create(&hilo1, NULL, codigo_hilo1, NULL);
	pthread_create(&hilo2, NULL, codigo_hilo2, NULL);

	pthread_join(hilo1, NULL);
	pthread_join(hilo2, NULL);
}

Este ejemplo se compila en un terminal escribiendo: gcc archivo.c -lpthread

Ejercicios

5.1. La planificación de procesos