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Estoy estudiando un poco respecto a hilos y procesos y, tras informarme un poco, hay ciertas cuestiones que no encuentro ningún libro o curso que resuelva.

Cuando se habla de procesos se dice que un proceso se ejecuta en un procesador o CPU.

Cuando se habla de hilos se dice que un hilo se ejecuta en un núcleo del procesador.

Por tanto, me surgen las siguientes dudas:

  • 1º: ¿El proceso en qué parte del procesador se ejecuta? O realmente lo que se ejecuta del proceso siempre son los hilos y todos los procesos tienen mínimo un hilo. En este caso lo que se ejecutaría del proceso siempre sería este hilo en el núcleo. (esto es deducción mía porque no encuentro información de esto en ningún sitio)
  • 2º: ¿En un procesador de varios núcleos se pueden ejecutar de forma paralela varios hilos de distintos procesos?
  • 3º: ¿En un núcleo de un procesador se pueden ejecutar de manera concurrente varios hilos de distintos procesos?

Muchas gracias

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  • Respuesta rápida: 1.- en la unidad de control, que posteriormente desviará el trabajo a la unidad aritmético lógica, de coma flotante o los puertos de entrada salida según sea la instrucción que le toque ejecutar. 2.- Sí. 3.- No(1). (1) En procesadores multihilo (2 en arquitectura x86_64 y hasta 4 en procesadores PowerPC) se podría considerar que sí, pero realmente tiene limitaciones al trabajar la misma parte de ese núcleo físico con cierto tipo de tareas al mismo tiempo en cada una de las "hebras". Commented el 25 nov. 2021 a las 11:51
  • En esta liga hay una buena explicación.
    – Sal
    Commented el 25 nov. 2021 a las 14:33
  • Las Unidades de Proceso ejecutan Tareas, la Unidad de Control ejecuta instrucciones. Una aplicación (proceso principal) puede tener subprocesos.
    – Sal
    Commented el 25 nov. 2021 a las 15:06

2 respuestas 2

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Tienes que considerar la definición de "proceso" por parte del sistema operativo, no por parte del procesador. Te recomiendo leer, al menos, el artículo de la Wikipedia:

Un proceso, en informática, puede entenderse informalmente como un programa en ejecución. Formalmente un proceso es "Una unidad de actividad que se caracteriza por la ejecución de una secuencia de instrucciones, un estado actual, y un conjunto de recursos del sistema asociados".

Para el sistema operativo un proceso es una estructura de información acerca de los datos de un programa en ejecución, aunque puede que ese proceso no esté en ese momento haciendo uso de la CPU. Por ejemplo, mientras espera que finalice una llamada a un dispositivo de entrada/salida ese proceso estará en un estado latente (sleep) y no hará uso de la CPU.

Varios procesos pueden disputarse el uso de la/s CPU/s, de modo que el sistema operativo le puede asignar intervalos de tiempo a cada proceso para que haga uso de la CPU, incluso recordar en qué CPU física o núcle fue ejecutado la última vez para que los datos de la caché puedan ser reutilizados. Esa parte del sistema operativo se llama planificador.

Teniendo en cuenta esto, respondo tus preguntas:

1.- ¿El proceso en qué parte del procesador se ejecuta? O realmente lo que se ejecuta del proceso siempre son los hilos y todos los procesos tienen mínimo un hilo. En este caso lo que se ejecutaría del proceso siempre sería este hilo en el núcleo. (esto es deducción mía porque no encuentro información de esto en ningún sitio)

En la unidad de procesamiento.

Cualquier programa que se ejecuta en la CPU es analizado por la unidad de control, mediante la obtención de la memoria del microcódigo a ejecutar, su decodificación y, por último, su ejecución por parte de la unidad de procesamiento.

Da igual que sea un hilo, un proceso, para la CPU es un programa que debe ejecutar de manera secuencial instrucción a instrucción. El concepto de proceso e hilo pertenecen al sistema operativo, no al procesador.

2.- ¿En un procesador de varios núcleos se pueden ejecutar de forma paralela varios hilos de distintos procesos?

Sí.

Un sistema con varios procesadores físicos o varios núcleos por procesador físico podrá ejecutar de manera simultánea varias instrucciones en paralelo.

Donde "ejecutar" podríamos considerarlo como la acción en bloque de leer la instrucción a ejecutar de memoria, decodificarla y, finalmente, ejecutarla.

Pero, en la parte de la ejecución podría haber un acceso a memoria que está siendo bloqueado por el acceso a memoria de otro procesador. La ejecución de esa instrucción queda congelada hasta que quede libre el bus de memoria.

3.- ¿En un núcleo de un procesador se pueden ejecutar de manera concurrente varios hilos de distintos procesos?

Sí, mediante técnicas de tiempo compartido o conmutación de contexto. Las técnicas de ejecución simultánea quedan excluidas por tratarse de un único núcleo del procesador.

El sistema operativo, a través del planificador, puede darte la sensación de que ejecuta múltiples procesos en paralelo en sistemas con un único procesador, en realidad está multiplexando el uso del núcleo de la CPU por turnos (tiempo compartido) a cada proceso, nunca dos a la vez.

En procesadores multihilo (2 en arquitectura x86_64 y hasta 4 en procesadores PowerPC) se podría considerar que sí, pero realmente tiene limitaciones al trabajar la misma parte de ese núcleo físico con cierto tipo de tareas al mismo tiempo en cada una de las "hebras".

Las tecnologías multihilo usan "trucos" para aprovechar momentos de inactividad del núcleo o algunos de sus componentes para realizar o avanzar la ejecución de un segundo proceso.

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  • Técnicamente, si bien concurrencia y paralelismo están estrechamente relacionados son cosas diferentes. Eso se hace más claro cuando miras los problemas que resuelven cada una de ellas. En la introducción del artículo de la wiki hay una buena explicación. Estrictamente hablando un núcleo de un procesador puede ejecutar varios hilos concurrentes. Commented el 19 nov. a las 8:09
  • En el punto 3 de mi respuesta aclaro ese tema. Hay que entender que las "hebras" o subdivisiones de un núcleo (cuando se habla de la arquitectura de un procesador) y las "hebras" o subdivisiones de un proceso (cuando se habla de la arquitectura de un sistema operativo) son cosas diferentes. Si bien el planificador del sistema operativo tenderá a asignar a las hebras de un mismo núcleo físico la ejecución de las hebras de un proceso del sistema operativo para aprovechar cachés, no siempre se cumplirá esa condición. Commented el 19 nov. a las 9:12
  • Hola Óscar. Gracias por responder a mi comentario. ¿Porque dices que un núcleo no puede ejecutar concurrentemente hebras de varios procesos?. Evidentemente estamos hablando de hebras de proceso en este contexto. Creo que la respuesta a la pregunta es si. Y me gustaría entender porque has respondido no aunque toda tu explicación (impecable por cierto) sugiere lo contrario. Muchas gracias por tu tiempo Commented el 19 nov. a las 10:05
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    Gracias por resaltar "concurrente", ahora entiendo que te refieres a que no es lo mismo "computación concurrente" a "computación simultánea". Gracias de nuevo por insistir en que vea el error en el que caí por entender que se refería a ejecución simultánea de procesos, pero él se refería a ejecución concurrente (por ejemplo, mediante técnicas de conmutación de contexto o "tiempo compartido"). Corrijo mi respuesta. Commented el 20 nov. a las 13:04
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  1. ¿El proceso en qué parte del procesador se ejecuta? Un proceso por sí mismo no "corre" directamente en el procesador. Lo que realmente funciona dentro de la CPU son los hilos del proceso. Piensa en un proceso como un paquete que organiza cosas como memoria, archivos y datos. Dentro de ese paquete, los hilos son como los trabajadores que hacen el trabajo real. Cada proceso tiene al menos un hilo principal que se encarga de ejecutar las tareas, y es este hilo el que se asigna a un núcleo del procesador para que trabaje.

  2. ¿En un procesador con varios núcleos se pueden ejecutar al mismo tiempo hilos de distintos procesos? ¡Claro que sí! Si tu procesador tiene varios núcleos, cada núcleo puede encargarse de un hilo distinto, incluso si esos hilos pertenecen a diferentes procesos. Por ejemplo, un núcleo podría estar ejecutando un hilo de un navegador web mientras otro núcleo ejecuta un hilo de un programa de edición de texto. Esto es lo que hace que los procesadores multicore sean tan eficientes: pueden trabajar en varias cosas a la vez.

  3. ¿En un único núcleo se pueden manejar varios hilos de diferentes procesos al mismo tiempo? No exactamente al mismo tiempo, pero sí de manera alternada. En un solo núcleo, la CPU cambia rápidamente entre diferentes hilos (ya sea de un mismo proceso o de procesos distintos). Esto sucede tan rápido que parece que todos están funcionando a la vez, pero en realidad, el núcleo está haciendo "turnos" para trabajar con cada hilo. Si el procesador tiene algo llamado hyper-threading, puede manejar los hilos de forma más eficiente y procesar partes de varios hilos casi al mismo tiempo, aunque sigue siendo un proceso limitado por los recursos del núcleo.

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