apéndice e. introducción a windows 95

Apéndice E: Introducción a Windows 95
APÉNDICE E. INTRODUCCIÓN A
WINDOWS 95
E.1
INTRODUCCIÓN
Windows 95 aporta novedades y mejoras, especialmente en los dos siguientes
campos:
•
•
Multitarea: quizá el apartado más novedoso y el más esperado por los
programadores. Conceptos como: procesos, subprocesos (threads), espacios
de memoria estancos, mecanismos de sincronización y de comunicación, ya
están disponibles.
Administración de la memoria virtual: aporta grandes mejoras en su
administración. En cuanto al direccionamiento de memoria, al utilizarse el
modelo plano de 32 bits, una gran cantidad de cosas son ahora mucho más
simples. Novedoso también el concepto de ficheros mapeados en memoria,
con el que es posible olvidarse de las funciones read, write y seek y tratar los
archivos como tablas normales.
Nos ocuparemos del primero, pues es del que podríamos sacar mayor partido en
nuestro sistema.
E.2
EL PASO DE 16 BITS A 32 BITS
Hay que advertir que Windows 95 (Win32) no es compatible con la extensión de
32 bits de Windows 3.11 (Win32s). El compilador utilizado, Borland C++ v. 4.5
permite desarrollar aplicaciones para Win32s, pero no para Win32.
Existen versiones 32 bits (Win32s) de todas las librerías implementadas, excepto
de tres: la librería referente a IDAPI, la de conexión con el HOST IBM y la que se
encarga del envío de correo electrónico, pues dependen de librerías de terceros y no
estuvieron disponibles durante el desarrollo del proyecto. También existe una versión
32 bits (Win32s) del intérprete.
Pág. 1
Apéndice E: Introducción a Windows 95
Cuando se decide pasar una aplicación a 32 bits hay que tener algunas
precauciones, la mayoría relacionadas con cambios en el tamaño de los tipos de datos.
Por ejemplo, un entero (int) ocupa dos bytes en 16 bits y cuatro en 32 bits. Una solución
es definir un nuevo tipo, digamos int16, de forma que ocupe dos bytes tanto en 16 como
en 32 bits. Estos problemas con los cambios de tamaño se manifiestan sobre todo al
trabajar con arrays de estructuras, en los accesos a disco en modo binario, si cambia el
alineamiento de los datos (Data Alignment).
Otro problema es que el compilador utilizado no permite usar las instrucciones
de acceso a direcciones de entrada/salida inportb ni outportb (lo mismo ocurre con
inport y outport) en 32 bits. Esto se debe claramente a un error del compilador, pues
dichas instrucciones sí están disponibles en Visual C++ en su versión para Windows 95.
La solución adoptada fue desarrollar unas funciones con el mismo nombre que estas
instrucciones y codificarlas en ensamblador.
E.3
MULTITAREA EN WINDOWS 95
Ante todo, veamos el concepto de proceso y subproceso. Cuando hay que cargar
un programa, el sistema operativo primero crea un proceso, al que asigna todos los
recursos del sistema, como:
•
•
•
•
•
•
El espacio de direcciones de la aplicación, con los correspondientes
componentes de la administración de la memoria, como tablas de páginas y
tablas descriptivas.
El espacio físico de que dispone el programa para su código, datos y pila.
La línea de comando para activar el programa.
Las variables de entorno de las que dispone la aplicación.
El directorio de trabajo de la aplicación.
Todos los recursos, como archivos y secciones en el disco duro, que la
aplicación va haciendo suyos llamando durante su ejecución a las
correspondientes funciones del API de Windows.
El objeto del proceso acompaña a la aplicación durante toda su vida. Durante su
ejecución, el proceso actúa como una especie de entorno exterior de la aplicación. Al
mismo tiempo, sirve al sistema operativo como constructor, que le permite controlar y
mantener separadas las aplicaciones que estén funcionando en paralelo. Si el usuario ha
iniciado varias aplicaciones, eso significa que también hay varios procesos activos. Por
lo general, uno por aplicación.
Por debajo de los procesos se encuentran los subprocesos (threads). Estos son
unidades de ejecución que materializan el auténtico desarrollo de la aplicación. No es el
proceso lo que se ejecuta al iniciar la aplicación, sino un subproceso inicial denominado
subproceso primario y que es creado automáticamente por el shell de Windows. Por
eso, cada proceso posee al menos un subproceso que materializa su ejecución.
Pág. 2
Apéndice E: Introducción a Windows 95
Si se quiere trabajar paralelamente con varios subprocesos bajo un solo
procesador, hay que recurrir al principio de desplazamiento de tiempo. El procesador
reparte cortos intervalos de tiempo entre la ejecución de diferentes subprocesos.
Cuanto más rápido sea el cambio entre los diferentes subprocesos, antes se
repiten estos en el ciclo y la impresión de simultaneidad es mayor. Sin embargo, el
sistema tiene sus límites impuestos, pues cada cambio conlleva un cierto trabajo
administrativo por parte del sistema operativo. En Windows 95, los desplazamientos de
tiempo se han establecido en 20 milisegundos, lo que supone 50 cambios de subproceso
por segundo.
E.4
DIFERENCIAS RESPECTO A LA
MULTITAREA COOPERATIVA
Puesto que en el procedimiento descrito los subprocesos quedan detenidos en su
ejecución y son interrumpidos arbitrariamente sin su intervención, se habla de
multitarea prioritaria o expulsiva. Está en absoluto contraste con la multitarea
cooperativa o no prioritaria, tal como es habitual en Windows 3.1 y también en
Windows 95 en la ejecución de aplicaciones de 16 bits. Para mover la atención del
procesador de una aplicación a otra, el núcleo de Windows 3.1 depende de la actividad
de las aplicaciones. Sólo puede cambiar cuando una aplicación hace una llamada del
tipo GetMessage() o PeekMesage(), devolviéndole así el control del procesador a
Windows. El núcleo utiliza entonces esa posibilidad para continuar con la ejecución de
otra aplicación.
Por eso en Windows 3.1, las aplicaciones deben están concebidas para
interpretar lo más rápido posible los mensajes recibidos. Cuanto más rápida sea esta
operación, más rápidamente podrá pasar el control de una aplicación a otra.
E.5
MULTITAREA COOPERATIVA Y
PRIORITARIA JUNTAS
Puesto que en Windows 95 es posible ejecutar aplicaciones tanto de 16 como de
32 bits, debe soportar dos sistemas multitarea diferentes: el prioritario de Win32 y el
cooperativo de Win16. Por eso, todas las aplicaciones Win16 se ejecutan en lo que se
denomina una máquina virtual (MV), la cual simula el entorno habitual de Windows de
16 bits. Dentro de esa MV, sólo se desarrolla multitarea cooperativa. Esta máquina
virtual de 16 bits comparte el procesador con todas las demás aplicaciones de 32 bits
activas, a través de la multitarea prioritaria.
Pág. 3
Apéndice E: Introducción a Windows 95
La aplicación Win16 que se encuentre activa, obtendrá tiempo del procesador
sólo cuando la MV en la que se desarrolla, obtenga a su vez un intervalo de tiempo.
Dentro de ese intervalo, se puede cambiar a otras aplicaciones Win16 a través de la
multitarea cooperativa. Tan pronto como la MV pierde su intervalo de tiempo, entra en
acción la siguiente aplicación Win32. De esta manera, entre las aplicaciones Win16 se
desarrolla la habitual multitarea cooperativa, sin que la multitarea prioritaria de Win32
tenga que sufrir por ello.
E.6
VARIOS SUBPROCESOS EN UN SOLO
PROCESO
El modelo de la multitarea prioritaria en Windows 95 no se acaba en un
subproceso por proceso. Una aplicación puede desarrollar la ejecución paralela de
varias líneas de acción. La multitarea tiene lugar entonces, no sólo entre las diferentes
aplicaciones, sino también entre los diferentes subprocesos.
Los subprocesos se reparten básicamente todos los recursos de su proceso,
acceden conjuntamente a las variables globales y comparten los recursos adquiridos en
el marco del proceso, como son espacio en el disco duro, archivos, canales de
comunicación, etc. Un subproceso, sin embargo, no puede acceder a los recursos de un
subproceso de otro proceso, pues los procesos y sus subprocesos quedan estrictamente
separados. Incluso los subprocesos dentro de un mismo proceso están separados, pues
cada uno recibe su propia pila, en la que se depositan sus variables locales.
Como cualquier otra aplicación, un proceso multi-subproceso se inicia con un
solo subproceso y, durante su ejecución, produce otros subprocesos. La aplicación de
varios subprocesos se emplea habitualmente en dos escenarios:
•
•
Suprocesos de primer plano y de segundo plano: habitualmente el
subproceso de primer plano es el responsable de la interacción con el usuario
y el subproceso de segundo plano procesa los datos introducidos, los
imprime, los guarda en el disco duro o bien realiza cálculos con ellos. Si bien
la aplicación, en realidad, está ocupada con el procesamiento de los datos,
permanece a la vez receptiva y puede reaccionar ante cualquier demanda del
usuario.
Aplicaciones cliente/servidor: un servidor debe contestar simultáneamente
a varios clientes. Por cada consulta que recibe de un cliente se crea un
subproceso para atenderla. Él es el responsable de ejecutar la consulta y
desaparecerá tan pronto la haya contestado. El número de los subprocesos
varía según el número de consultas que se hayan de ejecutar
simultáneamente.
Pág. 4
Apéndice E: Introducción a Windows 95
E.7
PRIORIDADES Y PROGRAMA DE
CONTROL
Cuando hay varios subprocesos que quieren estar activos a la vez, se plantea la
cuestión de qué cantidad de tiempo de procesador se le ha de conceder a cada
subproceso y en que momento.
Si consideramos el caso anterior de los subprocesos de primer y segundo plano,
el subproceso de primer plano debe reaccionar con la máxima rapidez a los
requerimientos del usuario. Si el subproceso de segundo plano está activo, cuando el
usuario pulsa una tecla se debería ejecutar de inmediato el subproceso de primer plano,
independientemente de que este haya agotado ya su intervalo de tiempo. El resultado
inevitable de esta situación es que se debe establecer un sistema de prioridades para los
subprocesos. El subproceso de segundo plano, debe esperar cuando el subproceso de
primer plano quiere estar activo. Qué subproceso se va a ejecutar y cuál no, es algo que
decide el planificador (scheduler), uno de los componentes principales del núcleo de
Windows 95, ya que es el que reparte el tiempo de procesador entre los diferentes
subprocesos.
Pero diferenciar entre subprocesos de primer plano y subprocesos de segundo
plano no es suficiente para satisfacer las exigencias reales del mundo de la multitarea.
En primer lugar, es necesario establecer diferencias más ajustadas. Además, un modelo
de prioridades puramente estadístico, no es válido para un sistema dedicado al trabajo
interactivo con el usuario. Un subproceso utilizado anteriormente con menos prioridad
debe recibir de repente una prioridad mayor, porque el usuario ha abierto la ventana de
una aplicación y ésta pasa a ser entonces la aplicación actual.
E.8
CLASES SEGÚN PRIORIDADES
Las diferentes prioridades de ejecución en Windows 95, se basan en cuatro
clases según prioridades donde a un proceso siempre se le asigna una de esas clases.
Los subprocesos resultantes del proceso obtienen todos, en principio, esa prioridad. Las
clases según la prioridad se llaman: realtime, high, normal e idle.
•
•
•
Realtime: esta clase no es para programas de aplicación, sino para
controladores de periféricos y otros componentes pensados para reaccionar
de inmediato a los sucesos del hardware.
High: esta clase debería ser utilizada sobre todo por las aplicaciones que
esperen combinaciones de teclas. Es decir, por aquellos programas que
esperan en segundo plano acciones, como la pulsación de una tecla de
selección, y quieran reaccionar rápidamente a ellas. El administrador de
tareas de Windows 95 (Alt+Tab) pertenece a este tipo de aplicaciones.
Normal: es la clase que deberían utilizar las aplicaciones normales que no
necesitan nada especial del planificador.
Pág. 5
Apéndice E: Introducción a Windows 95
•
Idle: los subprocesos de esta clase sólo se ejecutan cuando no hay
subprocesos de otras clases preparados para ser ejecutados. Esta clase se
utiliza exclusivamente para subprocesos destinados a realizar trabajos de
mantenimiento en segundo plano, como son, por ejemplo, las operaciones de
reorganización de la memoria.
E.9
PRIORIDADES DENTRO DE LOS
SUBPROCESOS
Dentro de una clase de prioridad, determinada por el proceso, los subprocesos
son sometidos de nuevo a diferentes prioridades. Aquí se dispone de cinco subclases:
lowest, below normal, normal, above normal y highest. Todos los subprocesos se
inician en la subclase normal y se modifican después con ayuda de las correspondientes
funciones del API de Windows 95.
La decisión sobre el reparto del tiempo de procesador no la toma el planificador
dependiendo solamente de las prioridades estáticas definidas previamente para los
subprocesos, sino de una prioridad dinámica que administra él mismo para cada
subproceso. Primero, se inicializa con la prioridad estática y, a continuación, se adapta
dinámicamente al sistema de acuerdo con las condiciones actuales. Con eso el
subproceso no abandona la clase de prioridad de su proceso, pero puede pasar, por
ejemplo, del nivel normal a highest si existe un evento en el sistema frente al cual debe
reaccionar rápidamente. A cada nuevo intervalo de tiempo que se le da después, va
perdiendo nivel, bajando de subclase hasta que alcanza de nuevo su prioridad inicial.
Para que lo anterior funcione correctamente, los subprocesos pueden
comunicarle al sistema que están esperando un determinado evento, por ejemplo, la
pulsación de una tecla. Además los subprocesos pueden quedarse latentes a voluntad
para volver a ejecutarse transcurrido un determinado tiempo. Por último, si en la cola de
espera de mensajes no hay ningún mensaje para el subproceso, este queda detenido a
favor de otro subproceso de prioridad igual o superior.
E.10
SINCRONIZACIÓN
Siempre que varios procesos o subprocesos trabajan conjuntamente en una tarea,
aumenta la dificultad para que se pongan de acuerdo. Cuando varios subprocesos
desean acceder a un recurso que puede ser utilizado al mismo tiempo únicamente por un
solo subproceso, surgen los problemas.
Para solucionarlo existe un grupo de objetos de sincronización. No entraremos
en mucho detalle, pues su descripción se puede encontrar en cualquier texto sobre
sistemas operativos o ejecución concurrente de aplicaciones:
Pág. 6
Apéndice E: Introducción a Windows 95
•
•
•
Semáforos y secciones críticas: sirven para poder acceder a un recurso en
exclusión mutua. Su mal uso puede llevar al “bloqueo mortal” (deadlock),
que se produce cuando dos o más subprocesos están bloqueados esperando
una acción que debe realizar uno de ellos, que por estar bloqueado, nunca la
realizará.
Eventos: se utilizan cuando se desea que un subproceso espere un resultado
específico, como por ejemplo, que otro subproceso realice un cálculo.
Notificaciones de cambio y entrada de consola: materializan una forma
singular de evento, con cuya ayuda, un subproceso puede tomar acciones.
Pág. 7
Apéndice E: Introducción a Windows 95
APÉNDICE E.......................................................INTRODUCCIÓN A WINDOWS 95
1
E.1 INTRODUCCIÓN......................................................................................................1
E.2 EL PASO DE 16 BITS A 32 BITS .............................................................................1
E.3 MULTITAREA EN WINDOWS 95 ..........................................................................2
E.4 DIFERENCIAS RESPECTO A LA MULTITAREA COOPERATIVA..................3
E.5 MULTITAREA COOPERATIVA Y PRIORITARIA JUNTAS..............................3
E.6 VARIOS SUBPROCESOS EN UN SOLO PROCESO ..............................................4
E.7 PRIORIDADES Y PROGRAMA DE CONTROL ...................................................5
E.8 CLASES SEGÚN PRIORIDADES............................................................................5
E.9 PRIORIDADES DENTRO DE LOS SUBPROCESOS .............................................6
E.10
SINCRONIZACIÓN..............................................................................................6
Pág. 8