Comunicacin y sincronizacin entre procesos Interbloqueos:

Comunicacin entre Procesos:

La comunicacin entre procesos: necesaria si se desea que varios procesos

puedan colaborar para realizar una misma tarea.

Sincronizacin: funcionamiento coordinado en la resolucin de una tarea

encomendada.

El SO ofrece mecanismos bsicos de comunicacin, que permiten transferir

cadenas de bytes. Deben ser los procesos que se comunican quienes interpreten

el significado de las cadenas transferidas para su labor coordinada.

Los mecanismos de comunicacin y sincronizacin son dinmicos. Es decir,

cuando se necesita un mecanismo de este estilo, se crea, usa y destruye, de

forma que no se establezca de forma definitiva ningn mecanismo de

comunicacin, ya que ellos podran producir efectos indeseados. Es decir, la

comunicacin es algo puntual.

Los servicios bsicos de comunicacin son:

a. crear: el proceso solicita la creacin del mecanismo

b. enviar o escribir: el proceso emisor enva informacin al proceso receptor

c. recibir o leer: el proceso receptor recibe informacin

d. destruir: el proceso solicita la destruccin del mecanismo de comunicacin

La comunicacin puede ser sincrona y asncrona:

a. sncrona: los dos procesos han de ejecutar servicios de forma simultnea.

El emisor ha de ejecutar el servicio enviar mientras el receptor ejecuta recibir.

b. asncrona: el emisor hace el envo y prosigue su ejecucin. El SO ofrece

un almacenamiento intermedio para guardar la informacin enviada, hasta

que el receptor la solicite.

Condiciones de Competencia

Es una situacin en la que dos o ms procesos intentan realizar alguna operacin

(Lectura-Escritura) en ciertos datos compartidos (In, Out) y el resultado final

depende de quin ejecuta qu y en qu momento.

En algunos SO los procesos que trabajan juntos comparten con frecuencia un

espacio comn para almacenamiento (MP, archivo, etc), en el que cada uno

puede leer o escribir.

La actualizacin sin restricciones de variables compartidas puede conducir a

inconsistencias. Tales errores suelen ser dependiente de la temporizacin

especfica y del modo de entrelazarse las acciones de los procesos.

Las situaciones como sta en que dos o ms procesos utilizan recursos

compartidos y el resultado final depende de quin ejecuta qu y en qu momento,

recibe el nombre de condicin de competencia.

Los errores introducidos por la concurrencia pueden ser extremadamente difciles

de detectar, reproducir y depurar.

Secciones y Recursos Crticos

ste es uno de los problemas que con mayor frecuencia aparece cuando se

ejecutan procesos concurrentes tanto si son cooperantes como independientes.

Considrese un sistema compuesto por n procesos {P1, P2, ..., PN} en el que

cada uno tiene un fragmento de cdigo, que se denomina seccin crtica. Dentro

de la seccin crtica, los procesos pueden estar accediendo y modificando

variables comunes, registros de una base de datos, un archivo, en general

cualquier recurso compartido.

La caracterstica ms importante de este sistema es que cuando un proceso se

encuentra ejecutando cdigo de la seccin crtica, ningn otro proceso puede

ejecutar en su seccin.

Para resolver el problema de la seccin crtica es necesario utilizar algn

mecanismo de sincronizacin que permita a los procesos cooperar entre ellos sin

problemas. Este mecanismo debe proteger el cdigo de la seccin crtica y su

funcionamiento bsico es el siguiente:

Cada proceso debe solicitar permiso para entrar en la seccin crtica

mediante algn fragmento de cdigo, que se denomina de forma genrica

entrada en la seccin crtica.

Cuando un proceso sale de la seccin crtica debe indicarlo mediante otro

fragmento de cdigo, que se denomina salida de la seccin crtica. Este

fragmento permitir que otros procesos entren a ejecutar el cdigo de la

seccin crtica.

La estructura general, por tanto, de cualquier mecanismo que pretenda resolver el

problema de la seccin crtica es la siguiente:

Entrada en la seccin crtica

Cdigo de la seccin crtica

Salida de la seccin crtica

Cualquier solucin que se utilice para resolver este problema debe cumplir los tres

requisitos siguientes:

Exclusin mutua: si un proceso est ejecutando cdigo de la seccin

crtica, ningn otro proceso lo podr hacer.

Progreso: si ningn proceso est ejecutando dentro de la seccin crtica, la

decisin de qu proceso entra en la seccin se har sobre los procesos que

desean entrar. Los procesos que no quieren entrar no pueden formar parte

de esta decisin. Adems, esta decisin debe realizarse en tiempo finito.

Espera acotada: debe haber un lmite en el nmero de veces que se

permite que los dems procesos entren a ejecutar cdigo de la seccin

crtica despus de que un proceso haya efectuado una solicitud de entrada

y antes de que se conceda la suya.

Principios de Concurrencia

En un sistema multiprogramado con un nico procesador, los procesos se

intercalan en el tiempo aparentando una ejecucin simultnea. Aunque no se logra

un procesamiento paralelo y produce una sobrecarga en los intercambios de

procesos, la ejecucin intercalada produce beneficios en la eficiencia del

procesamiento y en la estructuracin de los programas.

La intercalacin y la superposicin pueden contemplarse como ejemplos de

procesamiento concurrente en un sistema monoprocesador, los problemas son

consecuencia de la velocidad de ejecucin de los procesos que no pueden

predecirse y depende de las actividades de otros procesos, de la forma en que el

sistema operativo trata las interrupciones surgen las siguientes dificultades:

1. Compartir recursos globales es riesgoso

2. Para el sistema operativo es difcil gestionar la asignacin ptima de

recursos.

Las dificultades anteriores tambin se presentan en los sistemas multiprocesador.

El hecho de compartir recursos ocasiona problemas, por esto es necesario

proteger a dichos recursos.

Los problemas de concurrencia se producen incluso cuando hay un nico

procesado

Exclusin Mutua (mutual exclusin MUTEX).

Las soluciones con espera ocupada funcionan de la siguiente manera, cuando un

proceso intenta ingresar a su regin crtica, verifica si esta permitida la entrada. Si

no, el proceso se queda esperando hasta obtener el permiso.

Sincronizacin:

Es un conjunto de protocolos y mecanismos utilizados para preservar la integridad

y consistencia del sistema, cuando varios procesos concurrentes comparten

recursos que son reutilizables en serie (slo pueden ser utilizados por un proceso

a la vez). Su estado y operacin pueden resultar corruptos si son manipulados

concurrentemente y sin sincronizacin por ms de un proceso.

Algoritmo de Dekker (exclusin mutua solucin por software).

El algoritmo de Dekker es un algoritmo de programacin concurrente para

exclusin mutua (mutex), que permite a dos procesos o hilos de ejecucin

compartir un recurso sin conflictos. Fue uno de los primeros algoritmos de

exclusin mutua inventados, implementado por Edsger Dijkstra.

Si ambos procesos intentan acceder a la seccin crtica simultneamente, el

algoritmo elige un proceso segn una variable turno. Si el otro proceso est

ejecutando en su seccin crtica, deber esperar su finalizacin.

Versin 1965:

Para 2 procesos {Pi, Pj}.

int pet[2]; /* inicialmente pet[i]=0 para todo i */

int turno;

Entrar_SC (para un proceso Pi):

pet[i]= 1;

while (pet[j])

if (turno==j) {

pet[i]= 0;

while (turno==j) NOP; /* espera activa */

pet[i]= 1;

}

Dejar_SC (para un proceso Pi):

turno= j;

pet[i]= 0;

a. Proporciona exclusin mutua: Pi slo entra si pet[i]. Si tambin pet[j],

entonces uno de los dos procesos espera por turno.

b. No interbloqueo y no inanicin: Slo un proceso quedar esperando

por turno, y en este caso el otro estar en la SC, por lo que el primero

entrar cuando el segundo cambie el turno al salir.

c. No garantiza un orden FIFO (First in, first out).

Ultima Version:

Shared int cierto=1;

/* Definicin de variables compartidas */

Shared int bandera[2]={0,0};

Shared int turno=0;

while(cierto)

{

bandera[proc_id]= cierto;

while (bandera[1-proc_id] == cierto)

{

if(turno == 1-proc_id)

{

bandera[proc_id] = 0;

while(turno==(1-proc_id)) /*espera a que sea su turno de intentar*/

bandera[proc_id]=1;

}

}

/*Seccin crtica*/

turno=1-proc_id; /*es el turno de otro proceso*/

bandera[proc_id]=0;

/*Seccin no crtica */

Test and Set o Comparar y Fijar (tambin conocido como instruccin

TSL)

Es una instruccin especial de maquina a nivel de hardware, la instruccin se

ejecuta atmicamente en su totalidad, es decir, no esta sujeta a interrupciones.

booleano TS(int i)

{

if (I==0)

{

I=1;

return cierto;

}

else

{

return falso;

}

}

Esta solucin requiere ayuda del hardware y es debido a que en general

las computadoras diseadas para tener ms de un procesador tienen una

instruccin TEST AND SET LOCK.

Semforos

Para solucionar problemas de procesos concurentes, se diseo un S.O. como un

conjunto de procesos secuenciales, eficiente y fiables para dar soporte a la

cooperacin. Los procesos de usuario podran utilizar estos mecanismos si el

procesador y el S.O. los hacan disponible.

El principio fundamental es el siguiente, 20+ procesos pueden cooperar por medio

de simples seales, de manera que se pueda obligar a un proceso a detener en

una posicin determinada hasta que reciba una seal especfica. Para la

sealizacin se usan variables especiales llamadas semforos "S", los procesos

ejecutan las primitivas wait(s) si la seal aun no se transmiti, el proceso se

suspende hasta que tiene lugar la transmisin.

A los semforos se los contemplan como variables que tienen un N entero sobre

el que se definen las siguientes operaciones:

a. un semforo puede iniciarse con un valor negativo

b. la operacin wait disminuye el valor del semforo. Si el valor no es positivo

el proceso que ejecuta wait se bloquea.

c. las operaciones signal incrementa el N del semforo. Si el valor es positivo

se desbloquea el proceso bloqueado por una operacin wait.

No hay forma de examinar o manipular los semforos aparte de estas tres

operaciones.

Las primitivas wait y signal se suponen atmicas, es decir no pueden ser

interrumpidas y cada rutina puede considerarse como un peso indivisible.

Un semforo solo puede tomar los valores 0 y 1. Son ms sencillos de implantar y

pueden demostrarse que tienen la misma potencia de expresin que los

semforos generales.

En ambos semforos se emplean una cola para mantener los procesos en espera,

la cuestin reside en el orden en que se retiran los procesos de la cola. La poltica

utilizada el la de FIFO; el proceso que estuvo bloqueado durante mas tiempo se

libera de la cola, se denomina semforo robusto (incluye esta estrategia). Un

semforo dbil no especifica el orden en que se retiran los procesos de la cola.

Los semforos robustos garantizan la inexistencia de inanicin en el algoritmo de

exclusin mutua, pero no as en los semforos dbiles, se supone que los

semforos son siempre robustos ya que son los ms adecuados y porque son los

tipos de semforos que ms incluyen los S.O.

Implementacin de los semforos. Como se menciono anteriormente es

impredecible que las operaciones wait y signal sean implementadas como

primitivas atmicas.

La esencia del problema del productor/consumidor, es la exclusion mutua: solo 1

proceso puede manipular un semforo a la vez, en una operacin wait o signal. Se

pueden utilizar cualquier esquema de software con los algoritmos de Dekker o

Peterson los que suponen una sobrecarga de procesos sustancial. Otra alternativa

es usar uno de los esquemas de soporte del hardware p/la exclusion mutua..

En sistemas monoprocesador procesador, se pueden inhibir las interrupciones

durante una operacin wait o signal.

Contadores de EventosSe puede sincronizar varios procesos sin

forzar la exclusin mutua, ya sea porque no deseamos limitar la

concurrencia de los procesos, o simplemente porque no lo necesitemos.

Esto lo podemos conseguir con los contadores de eventos.

Estos mecanismo pueden ser utilizados para disear semforos en el caso de que

el sistema no proporcione este tipo de mecanismos.

Un contador de eventos se representa como una variable entera E cuyo valor

inicial ser 0, y sobre la que slo se podrn realizar las siguientes operaciones:

advance(E): se utiliza para indicar la aparicin de sucesos que

el diseador haya asociado al contador E. Cada vez que se

ejecuta esta funcin, E se incrementar.

Read(E): lee el valor del contador de eventos E. Si el nmero

ledo es positivo, indicar el nmero de sucesos que se han

producido en el sistema.

Await(E, v): espera a que el contador de eventos E haya

alcanzado el valor v. El proceso que llama a la funcin

permanecer bloqueado hasta que se hayan producido v

ms sucesos del tipo asociado al contador.

Cabe destacar que tanto await como read son concurrentes con advance, ya que

la operacin de esta ltima influye en el comportamiento de las otras dos.

Monitores

Es un tipo de procedimientos, variables y estructuras de datos que se agrupan en

un tipo de modulo especial. Tienen una propiedad importante: solo un proceso

puede estar activo en un monitor en un instante de tiempo.

Los monitores proveen un nuevo tipo de variables de condicin con dos

operaciones que operan sobre el (solo se usan dentro del procedimiento de el

monitor).

Wait -> wait(a) : produce que el proceso que ejecuta la instruccin sea

interrumpido y removido de la cola de ready hasta que otro proceso lo habilite

ejecutando la instruccin signal( )con la misma variable de condicin.

Signal -> signal(a) : Habilita la ejecucin de algn proceso en espera por la

ejecucin de la instruccin wait con la misma variable de condicin.

Paso de Mensajes

Son una solucin del sistema operativo que nos permitirn la sincronizacin de

procesos y la comunicacin entre ambos.

Es una cadena de texto transmitida de un proceso que enva el mensaje a un

receptor (proceso receptor). Un mensaje puede tener cdigo, texto, datos,

Suelen tener dos partes:

- Cabecera (obligatoria): IdProcesoEmisor, IdProcesoReceptor, Tipo, Longitud

- Cuerpo (optativo): Informacin adicional

Tenemos dos tipos de rdenes para gestionar mensajes (para enviar y recibir):

- Enviar: send (destino, mensaje)

- Recibir: receive (origen, mensaje)

*Direccionamiento.

a) Directo. Se especifican emisor y receptor de forma explcita.

P enva a Q:

- P: send (Q, mensaje)

- Q: receive (Q, mensaje)

b) Implcito: El emisor especifica quien es el receptor, pero el receptor no

especifica quin es el emisor.

c) Indirecto. En este direccionamiento los mensajes no se envan directamente al

receptor, sino que se envan a una estructura de datos denominada buzn o

mailbox. Una gran ventaja de esto es que podemos enviar a cualquier buzn

cualquier mensaje. Los mensajes no tienen que ir dirigidos especficamente a un

proceso.

En este tercer caso la relacin puede ser (1-1) (un proceso enva a un solo buzn).

Tambin puede haber (n-1) donde varios procesos envan mensajes a un solo

buzn o (1-n) donde un proceso enva mensajes a muchos buzones. Este ltimo

caso vale para cuando quiero comunicar una informacin a muchos procesos.

* Propiedad de los buzones.

Tenemos dos casos:

- El proceso es el propietario. El buzn existe mientras existe el proceso y slo

el propietario puede leer datos del buzn

- El propietario del buzn es el SO. La propiedad del buzn puede transmitirse

entre procesos, lo que permite que varios procesos puedan leer.

* Sincronizacin de los mensajes.

a) Cuando enviamos:

- El proceso se bloquea hasta que el receptor reciba el mensaje (envo

bloqueante)

- No se bloquea y continua haciendo operaciones (envo no bloqueante)

b) Al recibir el mensaje:

- Al mirar a ver si est el mensaje, si ya ha llegado, lo cojo y contino.

- Cuando voy a buscar el mensaje, si no ha llegado todava:

- Bloqueo el proceso, hasta que llegue el mensaje (recepcin bloqueante).

- No se bloquea el proceso (recepcin no bloqueante).

- El proceso se bloquea durante un intervalo de tiempo. Si transcurrido ese

tiempo, el mensaje no ha llegado, el proceso contina sin el mensaje.

*Casos habituales:

- Envo bloqueante- Recepcin bloqueante.

Se usa cuando la sincronizacin ha de ser muy estricta.

- Envo no bloqueante - recepcin bloqueante.

Se usa para cuando el proceso emisor no necesita que el receptor haya

recibido el mensaje para continuar. Ej: Servidor de correo.

- Envo no bloqueante - recepcin no bloqueante.

Equivalencia entre Primitivas:

Interbloqueos (tambin conocido como Deadlock):

Definicin y Principios

Un interbloqueo supone un bloqueo permanente de un conjunto de procesos que

compiten por recursos o bien se comunican o sincronizan entre s. Los

interbloqueos que aparecen cuando se utilizan mecanismos de comunicacin y

sincronizacin se deben a un mal uso de los mismos.

A continuacin se van a presentar ejemplos de mala utilizacin de mecanismos de

comunicacin y sincronizacin que llevan a los procesos a un estado de

interbloqueo. Considrese en primer lugar una situacin en la que se utilizan dos

semforos P y Q, ambos con un valor inicial 1. Si dos procesos utilizan estos dos

semforos de la siguiente manera se puede producir un interbloqueo.

Proceso A Proceso B

wait(P); wait(Q);

wait(Q); wait(P);

.... ....

signal(P); signal(Q);

signal(Q); signal(P);

Para modelizar los interbloqueos se suele recurrir a la construccin de un grafo de

asignacin de recursos. En este grafo existen dos tipo de nodos: lo procesos se

representan mediante cuadrados y los recursos mediante crculos, cuando un

proceso solicita un recurso, se dibuja en el grafo un arco dirigido que parte del

proceso y que va hacia el recurso, y cuando se concede un recurso a un proceso,

el arco anterior se cambia por otro que parte del recurso y que va hacia el

proceso. El interbloqueo se detecta cuando aparece un ciclo en el grafo de

asignacin de recursos.

La Figura 4.8 presenta el interbloqueo que se produce en el ejemplo anterior

cuando los procesos ejecutan las operaciones wait segn el siguiente orden:

Proceso A Proceso B

1 wait(P); 2 wait(Q);

3 wait(Q); 4 wait(P);

Condiciones

Si se presentan simultneamente las cuatro siguientes condiciones el sistema est

en interbloqueo.

1. EXCLUSION MUTUA: Por lo menos un proceso que tenga otorgado un

recurso en forma exclusiva.

2. USO Y ESPERA: Debe existir al menos un proceso que est haciendo

uso de un recurso y que est esperando por otros recursos asignados a

otros procesos.

3. NO INTERRUPCION: Los recursos no pueden ser retirados al proceso.

Si un proceso hace uso de un recurso no le podr ser retirado hasta que

voluntariamente el proceso lo libere.

4. ESPERA CIRCULAR: Debe existir un conjunto de procesos {P1.....Pn}

tal que P1 espera por un recurso utilizado por P2,......,Pn espera por un

recurso utilizado por P1.

Deteccin

Algoritmos de Deteccin de interbloqueo

1. Cuando hay una nica ocurrencia de cada recurso. (variante del grafo de

"wait for graph"). Consiste en reducir el grafo, retirando las aristas que van de

recursos a procesos y de procesos a recursos, colocando nuevas aristas que

reflejan la situacin de espera entre procesos. Si el grafo reducido tiene ciclos

el sistema est en interbloqueo. Orden de operaciones = n^2 , n = cantidad

de aristas.

2. Cuando hay mltiples ocurrencias de cada recurso

Procedure detecta_deadlock

var Disponible:array[1..n] of integer //# de recursos

Usados:array[1..n] of integer

Solicitados:array[1..n] of integer

Finalizado:array[1..n] of boolean

Begin

Work:=Disponibles;

For i:=1..n do if(usados[i]0) then finish[i]:=false

Else finish[i]:=true;

While(encontrar_indice_i = true) do

{

Work:=work + usados[i];

Finish[i]:=true;

}

If ((finish[i] = false) para algun i), 1in then El sistema esta en

interbloqueo.

End

Function encontrar_indice_i : Boolean

Begin

If (existe i tal que (Finish[i]=false && solicitados[i] work)

Then -> true

Else -> false

End

Prevencin

La estrategia consiste en anular alguna de las cuatro condiciones necesarias para

que se produzca un interbloqueo.

1. No puede ser anulada porque existen recursos que deben ser usados en

modalidad exclusiva.

2. La alternativa sera hacer que todos los procesos solicitaran todos los

recursos que habrn de utilizar antes de utilizarlos al momento de su

ejecucin lo cual sera muy ineficiente.

3. Para anular esta condicin cuando un proceso solicita un recurso y este es

negado el proceso deber liberar sus recursos y solicitarlos nuevamente con

los recursos adicionales. El problema es que hay recursos que no pueden ser

interrumpidos.

4. Espera Circular: esta estrategia consiste en que el sistema operativo

numere en forma exclusiva los recursos y obligue a los procesos a solicitar

recursos en forma ascendente. El problema de esto es que quita

posibilidades a la aplicacin.

Recuperacin

a. Cancelacin de todos los procesos involucrados. Esto resuelve la situacin

de Deadlock pero tiene un costo muy alto de reprocesamiento.

b. Cancelacion de un proceso por vez hasta resolver la situacin de Deadlock.

La ventaja de esto es que el costo de reprosesamiento de la informacin es

menor pero cada vez que se cancela un proceso debe ejecutarse el

algoritmo de deteccin de deadlock. Los criterios para elegir el candidato a

ser cancelado son: por prioridad, por tiempo de uso de CPU, por cantidad

de recursos utilizados y por cuantos recursos adicionales habr de utilizar.

c. Obtencin de recursos (resourse Preemption). El sistema operativo

selecciona un proceso y le quita los recursos otorgados. Los criterios para

seleccionar el candidato son los mismos que para la cancelacin. El

proceso seleccionado se le quitan los recursos y se le lleva a un estado

consistente (Rollback).

Inanicin

Se da cuando un proceso espera por un evento que no se sabe cuando puede

ocurrir, es decir, ocurre una Espera Infinita.

Planificacin

La planificacin es el proceso por el cual el sistema operativo selecciona que

proceso ejecutar. La seleccin del proceso se basa en alguno de los algoritmos de

planificacin que se describen ms abajo.

Objetivos de la planificacin

Los objetivos de la planificacin de proceso son:

Equidad, todos los procesos deben poder ejecutarse

Eficacia, mantener ocupada la CPU un 100% del tiempo

Tiempo de respuesta, minimizar el tiempo de respuesta al usuario

Tiempo de regreso, minimizar el tiempo que deben esperar los usuarios por

lotes para obtener sus resultados

Rendimiento, maximizar el nmero de tareas procesadas por hora.

Concurrencia

La concurrencia comprende un gran nmero de cuestiones de diseo, incluida

la comunicacin entre procesos, comparticin y competencia por los recursos,

sincronizacin de la ejecucin de varios procesos y asignacin del tiempo de

procesador a los procesos. Se ver que estas cuestiones no solo surgen en

entornos de multiprocesadores y proceso distribuido, sino incluso en sistemas

multiprogramados con un solo procesador.

La concurrencia puede presentarse en tres contextos diferentes:

Mltiples aplicaciones: la multiprogramacin se cre para permitir que el

tiempo de procesador de la mquina fuese compartido dinmicamente entre varias

aplicaciones activas.

Aplicaciones estructuradas: como ampliacin de los principios del diseo

modular y la programacin estructurada, algunas aplicaciones pueden

implementarse eficazmente como un conjunto de procesos concurrentes.

Estructura del sistema operativo: las mismas ventajas de estructuracin son

aplicables a los programadores de sistemas y se ha comprobado que algunos

sistemas operativos estn implementados como un conjunto de procesos o hilos.

Sincronizacin y Exclusin Mutua en Sistemas Multiprocesadores:

Consideraremos un multiprocesador como una mquina con un conjunto de

procesadores que comparten un mismo espacio de direcciones de memoria fsica.

Por esta razn, tambin se les llama multiprocesadores de memoria compartida

fuertemente acoplados, a diferencia de los multicomputadores, donde los

elementos de proceso no comparten memoria fsica, y que no vamos a tratar aqu.

Sin embargo hay que recordar que en un multiprocesador moderno existen

niveles de memoria cache (normalmente dos, interna y externa) privados para

cada procesador, lo que, como veremos, tiene relevancia para la eleccin de una

poltica de planificacin.

Clasificacin

Las cuatro categoras definidas por Flynn (1972) se basan en el nmero de

instrucciones concurrentes y en los flujos de datos disponibles en la arquitectura:

- Una secuencia de instrucciones y una secuencia de datos (SISD: Single

Instruction, Single Data): Un nico procesador interpreta una nica secuencia de

instrucciones para procesar los datos almacenados en una nica memoria. No

explota el paralelismo a nivel de instruccin. Mquinas monoprocesador.

- Una secuencia de instrucciones y mltiples secuencias de datos (SIMD: Single

Instruction, Multiple Data): Una nica instruccin controla de forma simultnea y

sincronizada un cierto nmero de elementos de proceso. Cada elemento tiene una

memoria asociada, de forma que cada elemento ejecuta la misma instruccin con

diferentes datos. Los procesadores vectoriales y matriciales pertenecen a esta

categora.

- Mltiples secuencias de instrucciones y una secuencia de datos (MISD: Multiple

Instruction, Single Data): Se transmite una secuencia de datos a varios

procesadores, cada uno de los cuales ejecuta una instruccin diferente sobre los

mismos. Esta estructura nunca se ha implementado.

- Multiples secuencias de instrucciones y mltiples secuencias de datos (MIMD:

Multiple Instructions, Multiple data): Un conjunto de procesadores ejecuta

simultneamente instrucciones diferentes sobre conjuntos de datos diferentes. Es

el caso de los sistemas distribuidos, bien explotando un nico espacio compartido

de memoria, o bien uno distribuido.

De las cuatro categoras, las SISD y la MIMD dan lugar a implementaciones

paralelas.

Granularidad

La granularidad se define como el nmero de elementos de proceso que

componen un computador paralelo.

Una granularidad fina consiste en el empleo de muchos elementos de proceso

de poca potencia. En este caso, el grado de paralelismo es mximo. Los

computadores de grano fino exigen tcnicas de programacin y algoritmos que

potencien el paralelismo.

Una mquina de grano grueso consta de pocos elementos procesadores, pero de

alta potencia cada uno.

planificacin de procesos

La planificacin de procesos en un sistema multiprocesador presenta dos

componentes:

Planificacin temporal, que define la poltica de planificacin en cada

procesador individual, exactamente igual que si de un monoprocesador se

tratase, salvo por el hecho de que en los multiprocesadores es menos

relevante para el rendimiento la poltica que se elija, y tanto menos cuanto

ms procesadores. En la planificacin temporal se decide qu procesos se

ejecutan.

Planificacin espacial, que define cmo se asignan los procesadores a los

diferentes procesos. En la planificacin espacial se decide en qu

procesadores se ejecutan los procesos.

Criterios para la planificacin en multiprocesadores:

En la planificacin espacial es necesario considerar dos hechos relevantes en la

ejecucin de las aplicaciones multiprogramadas o multithread:

1. A medida que proceso se ejecuta en un procesador determinado va

dejando una huella (estado del proceso en la memoria cache del

procesador donde se ejecuta), por lo que parece adecuado mantener a un

proceso en el mismo procesador (criterio de afinidad al procesador). Sin

embargo, las polticas que potencian la afinidad al procesador tienden a

provocar un desequilibrio en la carga de los procesadores, que se traduce

en una utilizacin menos eficiente de los recursos. El criterio opuesto

(reparto de la carga), provoca sobrecargas en el bus de memoria al

invalidar frecuentemente el contenido de las memorias cache.

2. En las aplicaciones concurrentes de hoy en da, de tipo multithread, los

threads habitualmente interaccionan de manera muy estrecha (utilizando

memoria compartida como mecanismo de comunicacin), por lo que la

carencia de recursos para planificar alguno de los threads puede provocar

que otros threads de la aplicacin que s disponen de procesador no

progresen y consuman ciclos de CPU esperando por condiciones que

deberan satisfacer los threads no planificados, lo que conduce a pobres

resultados en cuanto a latencias y tiempos de finalizacin. Este hecho invita

a implementar polticas de asignacin de procesadores que permitan a una

aplicacin disponer de los recursos necesarios para que la ejecucin de la

aplicacin progrese adecuadamente. El criterio de proporcionar recursos

exclusivos para la aplicacin, en vez de compartidos, tiene como

contrapartida la posibilidad de que gran parte de ellos queden ociosos o con

un uso poco eficiente, debido a que el sistema operativo no conoce a priori

el perfil de necesidades de la aplicacin.

.

Las polticas de planificacin en multiprocesadores atienden a combinaciones de

estos criterios.

planificacin de hilos.

Un hilo de ejecucin o thread , en sistemas operativos, es una caracterstica que

permite a una aplicacin realizar varias tareas concurrentemente. Los distintos

hilos de ejecucin comparten una serie de recursos tales como el espacio

de memoria, los archivos abiertos, situacin de autenticacin, etc.

Esta tcnica permite simplificar el diseo de una aplicacin que debe llevar a cabo

distintas funciones simultneamente.

Los hilos de ejecucin que comparten los mismos recursos, sumados a estos

recursos, son en conjunto conocidos como un proceso. El hecho de que los hilos

de ejecucin de un mismo proceso compartan los recursos hace que cualquiera de

estos hilos pueda modificar stos.

Los sistemas operativos generalmente implementan hilos de dos maneras:

Multihilo apropiativo: permite al sistema operativo determinar cundo debe

haber un cambio de contexto. La desventaja de esto es que el sistema puede

hacer un cambio de contexto en un momento inadecuado, causando un

fenmeno conocido como inversin de prioridades y otros problemas.

Multihilo cooperativo: depende del mismo hilo abandonar el control cuando

llega a un punto de detencin, lo cual puede traer problemas cuando el hilo

espera la disponibilidad de un recurso.

El soporte de hardware para multihilo desde hace poco se encuentra disponible.

Esta caracterstica fue introducida por Intel en el Pentium 4, bajo el nombre de

HyperThreading.

Reparto de carga: los procesos no se asignan a un procesador en particular.

Se mantiene una cola global de hilos listos y cada procesador,

cuando est ocioso, selecciona un hilo de la cola

Planificacin por grupos: Se panifica un conjunto de hilos afines para su ejecuci

en un conjunto de procesadores al mismo tiempo, segn la relacin

de uno a uno

Asignacin dedicada de procesadores: Ofrece una planificacin implcita definida

por la asignacin de hilos a los procesadores. Mientras un programa

se ejecuta, se le asigna un nmero de procesadores igual al nmero

de hilos que posea

Planificacin dinmica: el nmero de hilos en un programa se puede cambiar en

el curso de la ejecucin

UNIVERSIDAD DE CARABOBO

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE COMPUTACION

SISTEMAS OPERATIVOS

COMUNICACIN Y SINCRONIZACION ENTRE PROCESOS

INTEGRANTES:

Gerardo Carrillo C.I: 16895077

Iregui Hembert C.I: 21.151.213

Palacios Luis C.I: 18.781.981

Pinto Wilmer F C.I: 19.524.910

Ramrez Jos C.I: 19.020.820

SECCION: 01

Brbula, 23 de NOVIEMBRE de 2011