1 UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

UNIDAD IZTAPALAPA

SERVICIO SOCIAL PROYECTO TERMINAL DE INVESTIGACION

1 4 7 6 8 5

ASESOR: LIC. EN COMPUTACION PROFRA. ELIZABETH PEREZ CORTES

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ALUMNA: SRITA. MARTHA ROS RETE

AGOSTO DE 1992 / /

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PROYECTO TERMINAL Y SERWCIO SOCIAL

PROG3UJMACION CONCURRENTE

UNIVER IDAD AUTONOMA METROPOLITANA

UNIDAD IZTAPALAPA

SERVICIO SOCIAL PROYECTO DE INVESTIGACION

PROGRAMACIQN CONCURRENTE

ASESOR: LIC. EN COMPUTACION PROFRA. EL';ZABETH PEREZ CORTES

L ~ L U ~ A : SRITA. MARTHA ROSA CASTAEDA RETE

AGOSTO DE 1992

SERVICIO SOCLAL

CQNCUWRENTE

PRCGRAivlACION CONCURRENTE

indice INTRODUCCIOH

I.SISTEKW CPERATIVOS.

1.i sistemas operativos de hf~!"iptogr~cin.

11. mzocEsos. 11.1 Multiprocesa.

II.2 Gestion de procesos.

II.3 La convivencia entre procesos.

11.3.1 Sincronizacin entre procesos.

11.3.2 Seccin Crtiaa.

11.3.3 Exclusin Mutua.

11.3.4 BLoqueolDespettar.

11.3.5 Abrazo M~rt61.

111. CQMONICACION Y SINCRQNSZACLON EXTRZ PROCESOS.

111.1 bfecaniamos de solucibn paza 10s problemas

programacin concurrrnte..

111.1.1 Eaccluain mutua con espera activa.

111.1.2 S e d f o r o s .

111.1.3 Regin ccmdicional critica.

111.1.4 Monitores.

111.1.5 Envia y reaepcitrn de rnenaajes.

Pat! 5

7

10

15

16

19

20

21

22

22

23

24

27

de la

27

27

33

34

35

36

IV. SISTEHA OPERATIVO EXbX Y LAS HERplAMIENTAS QUE PR3POXCIONA

PAZLA T I PE

PROGRAMACION CONCURRENTE

IV.1.2.4 Otras utilerias.

SV.1.3 Iqle-?hentacin rLe las funcioe8 de Envia y

hcepcion de mensajes.

Anexa 1

IV.2 Problemas clsicos de la programacin aonaurrente

utilizando los mecanicrmas envia-recapcin de ppensajea.

IV.2.1 Filosofos comensales.

Anuro 2

IV.2.2 Rroductor-Conaddor.

Anexo 3

IV.2.3 Escritores-Lectores.

Anexo 4

IV.2.4 Barbero dormiln.

Anexo 5

CmcLusIONEs

BIBLIOORAFIA.

4

55

61

64

64

71

74

78

81

82

PHOGR4MAC10Y CONCURRENTE

INTRODUCCION

E; p r e s e n t e e s c r i t o es e l r e s u l t a d a de i a in-dest ic ja : in recllizada como P r a y e c t o d e : v i c i o S o c i a l . Como una nueva

e x p e r i e n c i a s.2 p a r t i c i p e n es ta l a b o r de i n v e s t i g a c i n ,

e x p e r i m e n t a c i b n y d e s a r r o l l o , e s p e r a n d o q u e e l c o n t e n i d o de este

compendio pceda yudar a o t r a s p e r s d c a s q u e se i n t e r e s e n e n e l

tema c c n t a n d o c o n un a n t e c e d e n t e .

El tema t r a t a d o es i n t e r e s a n t e p o r q u e es un nuevo enfoque q u e e n L a U n i v e r s i d a d a n n o h a s i d o e x p l o t a d o , a d e m s d e ser un

zampo que es t6 tomandcj S r a n i r n p o r t a n c i a nG s6lo e n e l rea de l a

e d u c a c i i n s i n o t a m b i n e n t o d o s l o s o r g a n i s m o s d o n d e se i n c l u y e n

sistemas de cmputo con l a u t i l i z a c i n de redes, b a s e de datos

a d q u i s i c i n de i n f o r m a c i n .

P o r s u c o n t e n i d o y p o r l a f o r m a e n q u e f u d e s q l o s a d o se

puede d i v i d i r e n dcs p a r t e s : e n l a p r i m e r a se l l e v a cabo una

i n v e s t i g a c i n b i h l i o g r f i c a smre IF. P r o g r a m a c i n C o n c u r r e n t e

que abarcaria desde el. c a p i . t u l o I a?. 111 , e n ICs que se

p r e s e n t a L;rm i n t r o d u c c i o n s o b r e l o s Sistemcs O p e r a t i v o s ,

c o r c e n t r n d o s e en l a d e s c r i p c i 3 r i ?e un sistema c p e r s t i v o de

multiprogranaci6n, e l capitulo II s e c e n t r a e n l a d e s c r i p c i n de todri l o que e n v u e l v e a un p r o c e s o e n e j e c u c i i n c u a n d o se

e n c u c + n t r a c o m p a r t i e r i c o r e c u r s o s c u n o t r o s p r o c e s o s . Y e n el

c a p t u l c 111 se d e s c r i b e n t c j d a s l o s mecznismos que se h a n i d o

rresectaAlbc ,sara z ~ ? s ~ ~ . . v e r l o s problemas p r o p i c s de l a

p r o q r 3 r n a c i h n c o n c u - r e n t e y que pueden s e r u s a d a s p a r a r e s o l v e r

Lcs prc52emz.s cl4sicos de 7.a p r o g r a m a c i n c o n c u r r s n t e .

U- 12 s ~ - g c n d a p a r t e se d e s a r r o l l a r o n l a s s o l u c i o n e s a los

pxo%lemas clisl.cos (le l a p r o g r a m a c i n c o n c u r r e n t e b a j o e l

e3quema de envio y r e c e p c i n d e mensa jes , implernentnndo Ins

,-llgoritrnos tn e l c c m p i l a d c r d e "C" ~ " J O e l sistema o p e r a t i v o

'Jni::, para el! 3 se V.,IVO q:lk d.:dicar llria parte del t

PROGRAI'ACION CONCURRENTE

Los principaie5 pasos que se siguieron fueron: - Famil~iarizarse con el Sheil de Unix - Comprender la forma en que pueden ser ejecutadcs los programas en un ambiente como el que proporciona Unix. - Manejar las herramientas que tiene "CP' Y que permiten interactuar con el Sistema Operativo Unix. - Cesarrollar algunos programas ejemplo del uso de estas funciones. - Finalmente dar solucin a los problema; cl;isicos de l.a programacin concurrente.

Durante toda lz. investigacin se tuvo el apoyo y el asesoramiento de la Lic. en Computacin Elizabeth Prez Cortes, agradezco la oportunidad que me brind para poder realizar el Servicio Social.

Martha Rosa Castaeda Retiz.

s

- I"- PROGRAMPCION CONCURRENTE

1. SISTEMA OPERATIVO

Se puede entender como Sistema OperAtivo a la "coleccin

organizada de software que extiende al hardware y que consta de rutinas

de control para operar una computadora y proporciona un entorno para la

ejecucin de programas.. . Internamente actua cor.0 un gestor de los recursos del sistema de computadora, tales como el procesador, la

memoria y l o s dispositivos de E / S " (lj

El objetivo de un sistem operat.ivo e5 el- incrementar la

productividad de los recursos involucrados en el campo de la

informtica (Hardware, software, progranadores, usuarios).

Dos de los elementos importantes observables en cualquier sistema

operativo son las llamadas del sistema operativo ( i o s programas invocan

los servicios del sistcna operativo med_;.arlte estas acciones) y las

ordenes del sistema operatkvo (las cuales SOR Esadas por loti usuarios

para interactuar con el sistema directamente).

Los sistemas operaLivcs han evolllci3,nado junto con la forma de

realizar el procesamento talmcenamiento, codificacin, depuracin,

ejeTucin, lectura c'3tos del dispositivo de entrads., escritura datos

al ci.ispositi7-o de salida). Adems el pr3cesamiento se transforma de

acuerdo a l a s necosidades y capacidades q"e proporciona el hardware.

Procesamiento en serie: se dedica- tcdos 1.0s recursos de una

computadora a uc programa nico a la vez. Este procesamiento aparece

7 u . "' ta cdn l c2s ?rirczras computadoras y an en la actuslidad se sigue 1:tilizando en Las ccmFutadoras de Gn s l o u s u a r i o , que no tiene que

comy;artir ni recursos ni memoria. LOS prcgramas son prccesados m o a

continuacin de otrc, nxnca en paralelo.

7

EL cienyc t c t a l de ~ S O d e l cpu o de uil d i s p o s i t i v o puede ser

crialIt l . f iSado, ccntabil izando el tiempo de u t i l i z a c i n r e a l y el tiempo

E S que s e e n c u e n t r z . desocupado. Por '2r.plo en l a e j e x c i n en ser ie de

programas r voca que en algn mcnento l o s d i s p o s i t i v o s d e E/S 6 e l procesailor estn desocupados, si se observa la f i g 1 . 1 puede n o t a r s e

que hay mcmentos (recuadros blancos! en l o s c u a l e s e l CPU no es

u t i l i z a d o .

inicio1 fin1 inidof fin2

Procesamiento de Progl

Fig 1.1 Procesamiento en Serie

Procesamiento por lotes: Su o b j e t i v o es i n c r e m e n t a r l a G t i l i z a c i n

de los recursos de l s i s tema y el tiempo t o t a l d e uso, a l r e d u c i r e

e l iminar los tiempos muertcs debi-dos a l a s l e n t a s o p e r a c i o n e s manuales.

Esto s e logra automatlzando las secuencias de operaciones involucradas

e n l a e j e c u c i j n de un program? y en I s aspectos mecnicos del

desarrollo de programas. Por eje-npio se organizan var ios t rabJ jos en

Fortrar. (en un mismo lote) S E s3rgaba una s o l a vez e l compilzdor de

Ccrtran y s e procesan todcs en f i l a : en sscencia se cont ina dest inando

todos l o s recL;rsos para procesar UTI prograna. La desventa ja de es te t i p o

de procesamient? es que los pr~gramaciores deben depurar sus trabajos

i e r a d e l i n e a , no pueden i n t e r a c t u a r cor. l a m6quina, conociendo mucho

. t ierpo despus a r e a c c i n f r e n t e al proceso. En contra de l o que se

espera s e a larqa e l tiempo de procesamiento ya que l a d i f e r e n c i a de

velocGLdad entre e l prczeaddor y los d i s p o s i t i v o s e x t e r n o s E / S generan

c:::.lios de b o t e l l a .

8

PROGRAI&ACION CONCURRENTE " -.

Multzprogramac.in: Para compLerLder este t ipo de procesamiento se

anal iza pr imerc que sucede e n el caso de proceso en ser ie . ii3y dos

tiempos de u t i l i z a c i j n de los recursos de l s i s tema: es tan ocupadqs 3

estn desocuppdos. S i cuando l o s proccsadu ; o d i s p o s i t i v o s de E / S

estn desocupados se l e s a s i g i ! a r a a l q u n a o t r a a c t i v i d a d se pueden estar

e jecutando conwrrentemente los programas pendientes corno se observa

grficamente en l a f i g 1 . 2 .

inicial - fin 1 R o g l ........ .......... ......... . . . . . . . . . . . . . . . ......... ......... .......... . . . . . . .......... . . . . . . . . . . . . . . . . ......... . . . . . . . . . . . . . . . . . I Prog2

;inicio2

V . Promsador 11 t2 t3 t4 t5 16 t7

1-1 Leer siguientes instrucciones

Fig 3.2 Proctsamiento en paralelo

"La e jecucin intercalada de progranas multiprogramacin puedc

p r o d u c i r g a n a n c i a s s i g n i f i z a t j V ~ S de rendimiento (esta e j e c u c i b n

paralela de Frogramas no se puede r e a l i z a r con proczsadores sirrplec y e n

e l ejemplo de l a f i g u r a con 2 programas SE e s t u t i l i z a n d o a1 ill!? e l

prccesador perc es to n.7 siempre es a s i ) . ? A s sistemas multiprogramados

rea les , nocm~1~.oc+e permiten que nLs de dos programas compitar. pox 10s

rec:LrsaSs de1 s is tema a l a V E Z p&ra incr,zmentar l a u t i l i z z c i 6 n d e los

r e c ~ r s c s " . ( 2 )

El (irado de m~tiprogramacin es el n.mero de programas que

compiten activamente por l c s recurs33 del sister?a multiyrogrankado.

9

" -."" PRdGRAMACION - - CONCURRENTE

Objetivos de la mltiprograxtucin:

+ Incrementar la utilizacin de los recursos del sistema de coxpu+-dcras. * Soportar mltiples usuarios activos simultneamen .

Un sistema operativo de mul'ciprogramacin proporciona mecanismos

que permiten editar, compilar, depurar y correr los programas como si

fuera la computadora para. un slo usuario, an cuando sea una multitud

de usuarios los que est6n compartiendc los recursos.

I. 1 Sistemas operativos de multiprogramacin

Los sistemas operativos han ido evolucionando, no todos son

representativos de un sistema completo, pero su aparicin u

consecuencia del desarrollo y necesidades d e l procesamiento. Para ubicar

a ios sistemas operativos de multiprogramacibn, se puede ver en la

figura 1.3 una clasificacin de todos los sisterr,as operativos.

SISTEMtl OPERlTIUO

f

S.O. SECUENCIAL

S.O. POR LOTES

Tiempo Compartido

S.O. MULTIPHOGRAMACION

Tiempo Real

S.OrCOMl3INADO.S

Flg I .3 Clasificacicin de lot Sistemas Operativos.

10

S e c e n t r a la d i s c u s i n en los Sistemas Operativos de?

Multiprograxnacian. "En s i s t e c a s qLe soportil? ejccucion cancurrente de

pragramas, e i s istema operativo resL!elve l o s c o r . f l i c t o s e n l a s demandas

de recursos de una forma que p r e s e r v 2 l a i n t e g r i d a d d e l s i s t e m a y a s i

tr;?'.a de optimizar e l rendimie:r.to r e . i t a n t e " . ( 3 )

Ahora es p o s i b l e comprender la Fnteracc in que exis te e n t r e e l

t i p o de procesamient.0 y e l s is tema operat ivo con el cual se e s t

trabajando :

Frocesamiento C---------> Sistema Operativo

Definiendo algunos eler.ent.os bsico5 :

Proceso tarea : S e ertender cono una i n s t a n c i a de un

S.0. Multiproceso o m l t i t a r e a : Soporta dos o ms procesos

Multiacceso o Multiusuario: Accefler a an sistema de

programa en e j e c u c i n .

activos s imultneamente.

microcomputadoras a travks de dos o .ns terminales.

S.O . MULTIPROGRAMACIOEJ: "Deno%a un s is tema operat ivo que adems de

sopor tar procesos conccrrentes ml t ip les . permi te que residan

simultneamente en Id memoria primaria las i n s t r u z c i o n e s y l o s datos

procedentes de Jos o ms procesus d i s juntos . " ( 4 '

Multiprogramacin --, Multiproceso Nultiprogramacin --I----- > Mu1tiusuari.o

2ero : Mu1 t iproceso Xult iproyramac i i n b i u l t i d s l a r l o - .--/----> Mu1 +-j progral.acj 6n

Cualquier s istema de mcltiprogramaci6n se carac ter iza por una

qrar- cantidad de proyraln.ls activos slmultneamente que cerq i tep For 102

rec l i l scs del sistema (procesador, l a v-emoria y los dispos i t ivos de

Z / S ) . Estos programas rev isan c:ontrluamerAte e l esrado de todos los 2rocesos a c t i v o s , a s c3mo l o s .cecurscs y su d i s t r ibuc in , aden;s son

actlv3id3- cuando acurre un car-bio de estado ir..portante o cuando sea?

1;axnados e x p l c i tamente.

1:

PROGRAMACION CONCURRENTE

Las caracterstlcas bsicas de cuc7lqLier sis:ema operativo SOT! el

planificLdar del procesldor, la 3estin de meinoria, la gestin de los

iecu;sos de E/S y la gesti6n de archivos.

Un planificador de procesos o del procesador es un hdn-inistrador

del tiempo de la C P U , decide a que proceso asignarle tiempo de CPU para

que la utilizacicn sea mxima, asi cc,mo qu tarea debe esperar en la

cola de trabajo para s a ejecucin. Existen planificadores de corto,

rrediano y largo plazo.

Un qestor de nmnoria, tambin es un administrador pero en esta

ocasi6n del recurso memoria, decide como repartirla, aparte de

proporcicnar mecanismos de seguridad para evitar la prdida de

informacin o el acceso accidental a bloques de memoria restringidos.

El gestor de los recursos de E/S torna decisiones de cmo repartir

los recursos de entrada-salida del sist.ema, responde a las diferentes

peticiones de los procesos, debe tener mecanismos para evitar el

blcqueo de recursos.

Entr-e las responsabilidad-s del qestor de archivos estn la

transferencia de las peticiones de acceso desde el espacio de direcciri

de archivo 1gic.o al fsico, la transmisiin de elementos de archivo

entre l o s almacenamientos princ ipal y secundario, y soporte para la

prot5Lcip y el compcrtdrniento de archivos asi la recuperacin y

posible restauracin de archivos despus de fallos en el sistema.

C'XSTEMAS Dl3 T I - 3 COMPARTIDO: (Multiprogramacla + multiusuar;-o; S e busca un buen tiempo de respuesta de la terminal. Se intent2

proporcionar un reparto zquiu.ativo de ids recursos comunes para dar la

'I J-usiin a cada usuario de pos-er la .T.cji:ina para 61 unicamente.

a) Planisicador de prccesos: Lr,s prograinas se E: jecutan ccn

b>riL?ridad r0':atori.a (Se uciliza urla cola circular). Para evitar 16

:.:.onopolizacin da1 procesadqr, cada programa se ejecuta u12 tiempo de

12

". PROGRAMACION CONCURRENTE

b) Gesto2 de ?maria: proporciona e l a i s lamiento y i a p r o t e c c i n

de los programas corres idente ; . En ocasiones se proporcionan fo rnas de

ccmparticin cont-rolado pars conservar la nzmoria y p e r m i t i r e l

i n t e r c a r b i o d e d s t o s .

c) Gestor de E/S: Es muy s o f i s t i c a d o par,: poder ccoperar con los

m i l t i p l e s u s u a r i o s y d i s p o s i t i v o s . P e r o l a a t e n c i n a las in terrupc iones

d e l terminal no n e c e s i t a ser c r t i c a p a r a e l tiempo debido a l a s lentas

v e l o c i d a d e s d e l a s t e r n i n a l e s y los usuarios humanos.

d) Gestor de Archivos: Proporcionar proteccin y c o n t r o l de

acceso, dada la pos ib i i idad de concurrenc ia y d e c o n f l i c t o s a l t r a t a r de

acceder a los archivos .

SISTEMAS DE TIEMPO REAL : Son usados en entornos donde se deben

aceptar y procesar en tier.lpo brcvc: y srin tiempos muertos un gran nmero

de sucesos, en su mayoria exterIlo; a l s i s t e m a ( c o n t r o l i n d u s t r i a l ,

equip;miento telefnico, comutador, etc.) no i r L p o r t a t a n t o l a

conveniencia d e i usuario y la u t i l i z a c i n d e los recursos ya que se

plied? esperar e l procesamientc sblto de n i l e s de interrupcioces por

segundo s i n perder un s l o suceso.

a ) P l a n i f i c a d o r de procesos: Hay un proceso por separado para

manejar un suceso externo nico. Este przceso se a c t i v a al o c u r r i r e l

suceso re lac ionado ( indicado por una i r t - e r r u p c l i n ) . S e requiere de una p l a n i f i c a c i j n en la przoridad preferente, a s los procesos de ms dlta

priorj -dad pueden interrurrpir por derecho l a e j -cucibn de los proceso? de

p r i 3 r i d a c i i n f e r i 3 r .

b) Gestor de memoria: Menos sTfisticado. Auchos procesos residen

permanentem2nte er, l a memoris para proporcionar tiempos de respuesta

PROGRAMACION CONCURRENTF

rapidos. Los procesos tienden a cooperar estrechamente, as

necesarimLente ssportan la separaciin y corrqartici6n la memoria.

c) Gestor o E/S: El tiempo crtico del gestor de dispositivo es

w 1 d de las caxacterstic3s principales. Lo mismo que la gestiin de

interrupciones y almacenamiento i.ntermedi.0. Proporciona llamadds ai

sistema que permiten a l o s procesos (programas) del usuario conectarse

directamente il los vectores de interrupcijn y s\:zesc)s de servicio.

d) Gestor de Archivos: Slo en grandee instalaciones. Su objetivo

es la velocidad de acceso, ms que la utilizacin eficaz del

almacenamiento secundario.

14

. . .x _yIIIu_,~ .. . . .. .

PHOGRAMACION CONCURRFNTE

Un pxoceso e.; un programa que est$ en ejecucin, tambin llamado

tarea; "es trabajo mknimo sGceptible de ser planificado

individualmente por el Sistema Operativo" ( 5 ) . La creacibn de un proceso implica varias operaciones:

* Dar un identificador al proceso (nombre) - * Darlo 1 conocer al Sistema Operativo. * Determinar la prioridad inicial del mismo. * Crear su bloque de control. * Asignarle los recursos iniciales.

Una vez creado, el proceso se activa y llega a ser elegible para

competir por la asignacin de recursos de E / S . El comportamiento tipico

de un proceso se conoce csmo " c i c l o de vida". En la figura 2.1 se

presentan los posibles estados que puede presentar un proceso durante su

ciclo.

uspcn dido

listo Terminaclon E/S

i, Evento

~ 7 g 2.1 Transidnnes de estado de un proreso con suspensin y reanudacin pag 63 Milenkovic

El aiclo de vida: Un proceso cclico pasa varias veces por

djversos estados de ejecucin y suspensin, antes de terminar y salir

15

PROG2AMACION CONCURRENTE

del si,rteP.a. E s t e F ~ S O dir,imic=o por los estados es conocido slo por el

sistema operatilro en cualquier tiempo. Es as como "un proceso

inditidual no tiene modo de saber t.1 estado o avance de cualqui.?r O t L J

proceso a monos que sea inforrr,ado especf mente de ello por una

seal. '' (6)

11.1 Mu1 tiproceso.

Cada invocacin concurrente de un programa origina la creacin de

un proceso de edicin nuevo y nico, que convivir6 con los otros

procesos activos simult6neamente. Como ejemplo de un programa en

multiproceso, se plantea realizar una colecta de datos ( E / S ) , despuCs

cargarlos en disco, ejecutar un procesamiento estadstico y finalmente

enviarlo a imprimir ( E ? S ) . La primera la versin es secuencial.

Program Sea-dac CCM

(true) HAZ { Por siempre 1 C m

colecta-dato:: {Datos del convertidor A/D ) carga-.' A l ' S co {A disco 1 procesa- datos (Prozesamiento estadistico 1 imprime-dato; {Tm$resion de resultados 1

TERM TEEM

Esta versin es ineficiente ya que existen momentos en i o s cuales

el prosesador est desocupado por granties periodos de tiempo (cuando se

estn adqdiricndo l o s datos, s e a1macena.z y cuando se mandan a

i.;.Iprimir) de la misma ?mi; los perifricos de E / S (convertidor e

impresora) presectan ?"empos en los cuales no t.~enen ninguna actividad y

por lo %anto sstn siendo desaproJechados.

una versi6c ms rnteresante y que aprovecha mejor los recursos

consiste en dividir las actividades en procesos individuales y hacerlos

czmvivir .

16

- PROGR~NIACION CONCURRENTE

Pro ..eso Colecta Ci.M

m ~ a m (trae I HAZ { Por siexpre j c w

eepeza-senal-de(Almacena, Prccesa,rddrel colecta-d 3s [Datos del converti.dor A/D ) envia-secG. -a (Almacena, Procesa)

!FEsM TERM

Proceso Almacena COI5

m!mmAs (true) HAZ I Por siempre I c m

espera-senal-de (Colecta) carga disco {A disco ) envia-senal-a (Colecta)

-

rRM TEI"

Proceso Procesa COM

MIENTRAS (true) EA2 { Por siempre 1 COM

espera-senal-de(Pracesa,Padre) procesa datos {Procesamiento estadistico 1 snvia-senal-a(Reporte, Colecta)

TERM mm

Fraceso Reporte COM

KICNTRAS (true) EAZ [ Por siempre 1 COE

espera-senal-de( Prozesa) inFzime-datos (Impresibn de resultados ) envia-seral-a (Procesa)

TERM T m

Programa Padre"dac COM mul.tiprcces:, dac )

Inicializa-amkiente envi7 - senal-a(colecta,procesoj {primera ejecucin) Inicializa colecta, c , , rga , procesc, reporte

TERM { multiproceso - d a r )

Fara l o g r a r l a sincronizacicn entre ellos se latiliza el mecan:-nmo

dr envio-recepcin de mensajes que posteriorm3nte se analizar%.

Siuziendo el prrgrama se observa que despus de que es ejecutad-, el

pr:rwr P L O Y ~ S , , Colecta (c) se puedcn ejecuta!: en paralelo el

17

- PROCRAMACION CONCURRENTE

almalerlamienco (A) y e l procesamiento de datos ( P I , con l o s mensajes de

A y p st puede v c l v e r a e j e c u t a r l a C o l e c t a d e l s i g u i e n t e bloque y

asm.i.~mo e n v i a r a imprimii 1. bloque anter ior (R).

En l a s i g u i e n t e f i g u r a se puede observar por medio de diagramas de

e s t a d o l a d i f e r e n c i a entre los das prograr?:as, cuando e l p r o c e s o c o l e c t a

C 2 e n l a v e r s i n s e c u e n c i a 1 e n t r a e n proceso, en la vers in de

rnultiproceso, se e j e c u t a n t a n t o C3 como l a impresin R2.

a] Versin Secuencia1 b] Versin en Multiproceso

PROGRAMACION CONCURRENTE - 7

~2 p t e r c i a de lcs procesos concurrente? es:: en que se puede

e s p e c i q i c a r l a s secuenciT.2 de c6digo que se desean e j ecutar

s im~l t .a i ,~ ;amente , de esta forri,a e l S . O . sacar a pr?vecho de l para le l i smo

p o s i b l e e n un 13rltQrno dado, l o cual constitIL. una c a r a c t e r s t i c a

extremadamente v?.lioca en l a programacin de sistemas de tiempo real o

d e c u a l q u i e r o t r o s i s t e n a en donde l a p r i n c i p a l n e c e s i d a d s e a r e s p o n d e r

a a c o n t e c i m i e n t o s c r t i c o s e n cuanto a l tiempo.

11.2 Gestin de procesos

Para e l Sistema Operativo un proceso es l a entidad mnima

individualmente planificab1.e y que consta de cdigo y d a t o s ;

carac ter izado por s u s a t r i b u t o s y estados dinrricos. EL S.O. contempla

l a e j e c u c i n d e un p r o c e s o t p i c o en e l transcurso de su act ividad corno

una progresin a travs de una sucesin de estados.

El S . O . en alsunos casos, un lenguaje de implantacin de

sistemas proporciona las f a c i l i d a d e s p a r a d e f i n i r los l mites o conf ines

de un proceso, sus a t r i b u t o s , 13 n a t u r a l e z a d e l a r e s i d e n c i a e n memoria

( f i j a 6 in tercambiable ) ( 7 \

Las operaciones sabre prccesos ql-e se pueden r e a l i z a r s o n :

* Crear un proceso. * Dest1.ui.r :In proceso. + Suspender un proceso. * Reanudar UR proceso. * Cambiar l a p r i o r i d a d de un proceso. * Bloquear un proceso.

Despachdr u n ?roceso.

PROGZAMACION CONCURREN2 ""- " . ___ - - "I 3. -La actuadin en condicloncs excepclsnales surgicas

c lu rc~te la eje-dcijn de G:. p~o~-es3, inc.'J'.:!es 10s errores aritmeticos y las int2r:upciones.

4.-La asignacihn de recurs> (8 )

La efecucih concllrrente sin ninguna restriccin para los procesos

puede conducir a problemas de sincronizacin en detrimiento de la

se.;uridad del sistema. Por ello si se la da a cada tarea un nivel de

prioridad pcr software puede servir para ayudar al S.0. a resolver

conflictos de planificacin: si dos procesos solicitan un recurso (en

principio) simultneamente s e le asignar a aquel proceso que tenga una

mayor prioridad.

f.3 La convivencia entre procesos.

Cono los recursos de un slo sistema son utilizados por todos los

procesos concurrertes, estos aonpiten entre s por la asignacin de

aquellos que necesitan. Otra relacin fundamental es la cooperaai6n.

T a n t o la competencia comc la cooperacin de procesos exigen un soporte

sdecuada por parte del S.O.

En 3.a competencirr se requiere de una cuidadosa asignacibn de

recLzsos, asi comc proteccin en cuancc.3 al aislamiento de espacios por

direcciones distintas.

ha coope-raci.n "se da en sistemas en 1.0s que la actividad se

realiza por un grupo de procesos afines, cada '.mo de l o s cuales se

encarga de 11ma funcin especifica. Los procesQs que cooperan

inter:arnuian las seales de datos y l a sincronizaci6n necesaria para

orcuectar su tivarice colectiva, 'l. ( 9 )

Si exlsten ;r,ccanisrmc para la utilizacion controlada de los datos

c~ .npar t idos asi corn3 el intercamblq de seales y sincronizacin

er,tor::es .La coopeTaci6n pLedc existir. Les Procesos cooperantes

43

"-. PROGRRMACION CONCURRENTE

comp3rten d c t e r m i r a h s atributos comunes, ailerr5s de actuar

recprocamente er.tre s . Estc~s procesos llegan a formar una familia de

procesos 6 . jnde l o s pr3:esos secundarios heiedan atributos de los ~EOCUSOS

prircipales en el momento de su creacir.. Ystos atributos pueden ser

modificados er el momento de la ejecucin invocando las llamadas al

sistema operativo. El prQceso principal normalmente termina despuks de

que todos sus hijos ya lo han hecho.

11.3.1 Sincrcnizacin entre proccaos.

"Para que funcionen apropiadamente un grupo de procesos, se deben

sncronizar sus actividades de forma que se asegura la observancia de

las relaciones de precedencia dictadas por el problema que se est&

Lesolviendo. La sincronizacibn es necesaria para preservar la integridad

del sistema y prevexlir problemas de tiempo producidos por el acceso

concurrente a recursos compartidos pox mltiples procesos '* (10)

Los procesos cooperantes deben sincronizarse siempre que intenten

usar recursos compartidos tales coxr.0: archivos, bases de datos o

dispositivos fsicos comunes.

Si el diseo de ?.os pxo.cocolos de sincronizacin falla se generar

un compartamiento errneo de todo el sistema. La concurrencia puede

producir un ir-cremento de la productividad cuando se implemer,ta

correctamente, pero puede degre-dar !.a fiabilidad cuando la

sincronizacin impropia contamina el slstema.

Los errores de sincronizacidn se dan entre procesos, no en

procesas nicoz. De h e h o cada uno de e l l o s son correctos ejecutndose

individualmente. E-I l a ejecucin concurrente, el problema se genera por

la interca1ac;Sn no predecible de los dos procesos en respuesta a los

sucesos as ncron*?s.

21

_I PROGRAMACION CONCURRENTE

X . 3 . 2 S e c c i n Crtica

La ejecxcin con prioridad preferente puede rem.2diar algunos

problemas pero tambiGn puede provocar rrores de sincronizacin en la

actualizacin de variables globales compartidas por dos o ms tareas

concurrentes. Estas inconsistencias temporales de las copias privadas

(locales) y pblicas (globales) de las variables compartidas, deben

ser estudiadas para comprender su causa y prevenirla.

Se entiende por S e c c i n C r i t i c a una secci6n de c6digo que es

compartida por varios procesos y que puede afectar a cada uno en su

ejecucin. La actualizacin de una variable compartida puede verse como

una s e c c i n critica de cdigo. Como e s t a s secciones son verdaderamente

crticas se pide que las tareas las hagan tan cortas como sea posible.

Al darse una rupt-Ara dentro de una seccin crtica el S.O. debe

contar COR UR mecanismo que detecte esta falla (por medio de

interrupcicnes automticas por exceso de tiempo). Pero debe asegurarse

que UT; praurama no se bloquee dentro de su seccin crtica.

If. 3 . 3 E Y s l u s i n Mutua

Al decectars? las secciones criticas, se buscaron mecanisnos para

asegurar s u asignacin y evitar su corrupcin, de aqu nace el concepto

de exclusi6c mutua.

EXCLUSI9N MUTUA: S u funcibn e s permitir que el proceso que ejecuta su

seccin crtica terlge acceso al recurso compartido e impedir al resto de

los procesos 1.acerlo hasta que el proceso finalice apropiadamente SU

seccin cctica. Consecuentemente los 3t ros procesos ven solamente

valores estables de l a s variables compartidzs.

Con operlciones realizadas ea forrncl mutuamente exclusiva, slo 1lna

tarea en ese momento est autorizada psra controlar un disgositivo

PPOGRAMAClOiJ CONCURRENTE, " -

se.rialmente reutilizable, es d3c:.r es iricapaz cde proporrionar servicio

mas de un usus rid.

Zn el l l b r o de Milenkoviq describen l a s propiedades de una

"buenc solucin" de una exclusin mutua (pag 149-15l):

l.-Asegurar Exclusin Mutua entre procesos que acceden al dispositivo proteqido que s e comparte.

2.-Ser independiente del sistema y transportable. (Llamadas al sistema)

3.-Permitir la intercalacin arbitraria de lcs procesos contendientes cuando no acceden al recurso compartido con e l in de incrementar el grado de concurrencia en el sistema.

4.-No hacer suposiciones sobre las velocidades relativas de los procesJs contendientes.

5.-No hacer suposiciones sobre las prioridades relativas de los procesos contendientes.

6. -No tener conocimiento sobre las estructuras de d.atos lgicas y privadas de ICs procesos contendientes.

7.-Garantizar la quiebra o terminacin de cualquier recursos fuera de su seccihn crtica no afecta a la posibilidad de que otros procesos contendientes accedan al recursos ccmpartido.

8 .-Cuando ms de un proceso desea entrar en la secci6n crtica, la decisin de conceder la entrada a uno d e ellos debe hacerse en tlempo finito.

En la seccin proxic.ta S*- describe uno de los mecanisnos "La

exclusin mutua por 5spera ~.ctiva", donde se presentan algunos

aigoritmos que int-entaron dar cclucln. su estudio permitir observar

algunos problemas :que n3 s e haban vrevisto.

11.3.4 Bloqueo/Dcspertar.

Ccando un : :roc~:so emite una p e t i c i n de E / S , se bloqrea a si

TTLSil-vO para -$peror a que termine esta operacin. El planeador de

FLGLTSOZ lo saca de ia cola de listos y lo pone en la cola donde espera

que se le as;..qne el recurso. IUgunos procesos deben despertar al

proceso bloqueado. Tal interaccin es 1 - m ejemplo d e l protocolc de

bloqueo/despertar. E;, este CLSO ,se est& hablando cuando el hecho de

bloqueo S(' da COK? una caracterstica necesaria para sincrvnizar los

procesos.

23

PROGRAMACION CONCURXENIE

Si un proreso des-ase ser informado de la ocurrencia de un eTrento,

p'xer-e "sx~stir otro proceso c;lpa~ de dete-tar ese aconteciTient0 ya

ocurrido y se8 el informante. ne esta fozma se puede presen-;r un

protocolc, donde un proceso es bloqccado por el mismo, por 0tKC.S , debe existir otro procesc que lo desFiertz.

11.3.5 Abrazo Mortal

Abrazo Mortal o Interbloqueo: "Es una situacin donde un grupo de

procesos est bloqueado permanentemente como consecuencia de que cada

proceso tenga retenido Qn subconjunto de recarsos necesarios para SU

finalizacin y tenga que esperar La liberacin de los recursos restantes

retenidos por o t r o s del mismo grupo haciendo a s imposible continuar a

ninguno de los procesos interbloqueados " (11)

Postergamiento i n d e f i n i d o : Cuawio algunos procesos progresan hacia

su finalizacin pero uno o ms procesos estn bloqueando el recurso,

provocan que estos esperen indefinidamente el recurso q:le fu bloqueado

sin poder continuar.

MilenkoviC nos resume las ccndiciones necesarias para que se presente un

abrazo nortal :

CONPICTONES PARA QUE SE PRESENTE: UNA ABRAZO MORTAL

I.-EXCLUSIGN MUTUA: Los recursos compartidos se adquieren y se usan de manera mutuarrc-nte exclusiva. Un proceso a ;a

2.-P..'A?JTEhTER Y ASEGUPAR: Cada procese continua manteniendo los recursos ya asignddos zientr-s ?spe::a adquirir lzs otros.

3. -;:O IYTER!XJPCION IJCN PHEFEKENCTA: Los recursos asignados a un proceso slo ?ueden \ i o l v e r dl sistema como consecuencia de l,, accin voluntaria d=. ese proceso; el sistema no puede ouitrselos Forzsamente.

4. -ESPEF

- PriOGRAMAClON CGNCURRENTE

Se puede Fensar en adquirir los recursos al inicio o repartidos

escalonadamentc, permitir ias interrupciones con prioridad recupcrando

los recursos necesarios O finalmente realizar una ordenacin (lineal)

diferente de los tipos de recursos en lugar de la circular.

Cualquiera de estas opciones suelen ser parcialmecte efectivas,

ya que siempre acarrean una baja utilizacin de los recursos del

sistema si se utilizan aisladamente.

Evitacin: (Idea bsica) garantizar y solucionar las peticiones a

los recursos disponibles slo a aquellos procesos que no pueden

(posiblemente) producir un interbloqueo.

El asignador de recursos examina los efectos de proporcionar una

peti.cl6n particular. Si l a entrega de tal rezurso no puede conducir a un

posible inteblcqueo el recurso s e entrega al solicitmte, de lo

contrario el proceso solicitante se suspende hasta el momento que s u

peticin pendiente pueda ser erltregada con seguridad.

Es necesario que todos los prbcesos procldmen s x s peticiones

mximas de recursos antes ue la ejecl.:zion.

Deteccin y recuperacin: En vez de sacriflzar el rendimiento

previniendc c evitanlo !.os inte,k,loqueos, alguno5 sistemas dan los

*e-ursos disp7nihle; 1 ICs proce: ;os que LOS p?,den libremente y slo

ozasionalmente comprueba el abrazo rr.ortz.>. para reLlamUr lcs recursos

retenidns por l o s procesos tloqueados, s i es que los hay.

Para detectar un interbloqueo se pcede auxiliar de la teora de

13s urafos dirigj. los. La existencia de un n*ldo 6:s decir un ciclo sin

25

"" PROGRAMACION CONCURRENTE

nirigun camino fuera de Cste a p a r t l r de l o s nodo involucrados, e s

una condicj-n sufi.cj.exlte pe.ra el Abrazo Mottt7i.

La detecc in del abrazo mortal es s1 cna parte de l a t a r e a de

manejL, d e l In terb loqueo . S lo reve ia l a ex i s ter -c i ? . de l problema y e l

sistema debe entonces romper el. abrazo mortal para reclamar los recursos

retenidos por los P . V O C ~ S G S bloqueados y azcgurar que l o s procesos

afectados puedan f incl l izar eventualm-nte.

Una forma de recuperacin ser a :

l . - I d e n t i f i c a r los procesos interbloqueados. 2.-Romper e l abrazo mortal., re t ro t . raer o r e i n i c i a l i z a r uno o

ms procesos intxrbloqueados. 3 . - E s t a r e i n i c i a l i z a z i n i r p i i c a l a p r d i d a del t r a b a j o

rea l izado por e l proceso has ta s u abrazo mortal. 4.-Es d e s e a b l e e l e g i r las vic t imas entre l o s procesos cuya

r e i n k c i a l i z a c i h es menos cos tosa . " -Retrotraer un p r o c e s o c o n s i s t e en l l e v a r un contro l de l o s

estados e n e s p e c i a l del e s t a d o a n t e r i o r a n t e s de e n t r a r a l abrazo mortal , para restabiecer a l proceso b laqueado, antes de La asignacin del recurso.

26

" _. PRGGRAMACION CONCURRENTE

111. COMUNICAUION Y SINCRONIZACION ENTRE PROCESOS

F- los tpicos anteriores se ha insistido en la necesidad de

sincroni;,r los procesos tanto en ia competencia como en la cooperaci6n.

A continuaci6n se presentan los mecanismos para solucionar esta

problemtica.

111.1 Mecanismos de solucin para los problemas de la programacin concurrente.

Cuando se iniciarcn las primeras investigaciones con procesos

concurrentes, realizando un anlisis texico de la filosofa de este

procesamiento se fueron presentando problemas que le eran inherentes,

esto gener que se buscaran necanismos que permitieran la convivencia,

comur-icacin y sincrcnizacin de Los procesos, evitando que -1 ambiente

de trabajo se daara, a s aparecieron los Semforos, la Regi6n

Condicional, los Monitores y el Envio y Recepcin de Mensajes, estas

herramientas sern comentadas a continuacin; iniciando con un anlisis

del primer problema de la programaqin concurrente la Exclusi6n Mutua.

111.1.1 Exclusin mutua con espera activa.

Para comprender los conceptos que se vieron en Exclusin Mutua se

presentan l o s siguientes algori taos que iran incentando garantizar la

zxcrusin mutua y los problemas que se ger.eraron hasta llegar al

algozli t rno propuesto por 9ekker.

PROBLEMA : Un prcceso que desea entrar en una seccin crtica la negocia prlslero con todas las partes interesadas para estar seguro +e ninguna otra actividad en conflicto esta en proceso y que los procesos implicados estan enterados de la inmiqentt inaccesibilidad temporal del recurso. S610 cuando hay seguridad de que se $7 alcanzado el consenso el proceso ganador comienza a Fjecutar su seccin crtica Una vez completada, e proceso informar de alguna manera a los otros contendientes que el recurso esta disponible y empezara una nueve ronda de negociactn.

lcr . ALGORITMO :

Se preserltan dos procesos que comparten un recurso en comn, lo

acceden en la reyin critica, ambos son cclicos y ejecutan otro cdigo

27

-. FROGRAMACION CONCURRENTE

acl%r.hs de 1 a secciin crtica. Para sincronizarse utilizan una variable

g l u b a l ll;.n!2da turno que toma -1 valar ?el identificador del proceso que

-e correspotlde ejecutar.

PROCESO - 1 CUM

MIENTRAS (verdad) HAZ { Por siempre CUM

MIENTRAS (turno = proc2) HAZ nada ; seccion-crit- ca; turno = proc2; otros-procesos;

TERM TEm4

PROCESO P2 COH

m- (verdad) a A z ( Por siempre I COM

MIENTRAS (turno = procl) BAZ nada ; seccion critica; turr.0 = procl; otros-procesos;

-

mRM TEm4

Esta primera aproximacin no es muy buena ya que genera los

siguientes inconvenientes:

1.- Permlte que un proceso contendiente conozca la identidad de los otros. Esto complicaria demasiado el proceso de sincronizacin ya que ~.er.a necesario tareas extras para actualizar las banderzs de todos los. involucrados incluso aquellos que no reqcierer ser modificados.

2:- Dependen de la volocida.1 relativa de Los procesos. Es d e c i r que trabajan a l a velocidad colectiva del mas l e n t o .

3.- S10 permitt: una secuenria prefijada Pi P2 P1 P2 . . . y no permite que un "roceso si es ms rapido que otro ? e puede elecutar mas Trece? seguidas.

4.- Si un nroceso falla o termina, bloq.dea a los dems proccsos ya que nunc6 vuelve a actualizar la variable. Provocando que el proceso P:! espere indefinidamente S J t u r n o para azceder al recursos compartido que est ~ i ~ a l r n e r te l i b r e I

28

_I__

PROGRAMACION CONCURRENTE

20. ALGORIlMO:

Ahord cada proceso t ie l ie s u bandera individual que i n d i c a s i e s t a

O no en s u s e c c i o n c r i t i c a ; ].a nueva modif icacin consis te en:

1. - E l I--oceso r e v i s a l a s b a n d e r a s y espera has ta que

2 . - A c t i v a s u plcpia banuera . 3 . - E j e c u t a s u s e c c i n c r i t i c a . 4 . -Desactiva s u bandera.

ninguni: e s te a c t i v a .

PROCESO P1 COM

MIENTRAS (verdad) H A Z { Por siempre ! COM

MIENTRAS (ban2 = verdad) HAZ espera ; banl=verdad; s e c c i o n - c r i t i c a ; ban1 = f a l s o ; o t r e s p r o c e s o s ;

TERM -

TEIiM

PROCESO P2 COM

MIENTRAS (verdad) HAZ{ P 3 r SiePpre COM

MIENTRAS tbanl -- verdad) HAZ espera ; b.3112 =: verdad; s e c c i o n - c r i t i c a ; han:! = fa! s o ; o t r c ; p r c c e s o s ;

TERM -

LZRM

PROGRAK9 PADRE C,3M

bartl = f a i s c ; ban2 = f a l - s o ; i n i c i a l i z a ?l, =2;

END

S t l o UP wro,-esa d e b i c r a e n t r a r e : ~ s u s e c c i n c r i t i c a a l a vez,

>,--IO e s t o no se cumpl.irla s i se e j e c u t a r a l.2 s i g u i e n t e s e c u e n c i a . La

accL5n de interrumpe ser:, e lecutada por el procesador y s i g n i f l c a r a que

PROGRAMPCION CONCURREN%

e l tiexpo ar;ignado para su procesenkiento ha terminado y debe esperar que

s3 l e vuei.va a s i g n a r .

1. - 21 e n t r a , r e v i s a a ban2 ( f a i s o ) 2 . - P 2 entra , r e v i s a a banl ( fa l . ;o ) < n t e ,;ripe> 3:- P1 porie banl=verdad, entra en su secc i . . z r t i ca < interrumpe> 4 . - P 2 pone banZ=verdad, e n t r a en s u s e c c i n c r i t i c a < i n t e r r u m p e >

Tenernos dos procesos en su s e c c i n c r t i c a , l o cua l se quer a

e v i t a r .

ser. ALGORITMO:

En este caso primero zl entrar cada proceso esmblece su indicador

antes de comprobar los indicadores de l r e s t o d e p r o c e s o s .

PROCESO PI C W

MIENTRAS (verdad) H A Z ( Por siempre 1 COI4

banl-lrerdad; MIEPITRAS (ban2 = verda) HAZ espera ; s e c c l 6 n - c r i t i c a ; banl = fd?.so; o t r o s g r o c e s o s ;

TERM TERM

PROCESO P2 COM

M I E S " S S (verc'ad) HAZ { Por siempre 1 COM

ban2 = verdad; MIENTRAS (ban1 = verdad) HAZ e s p e r a ; s e c c i n - c r i t i c 2 ; ban2 = falso; o t r o s procesos;

TERM -

TERM

St: generLl un nuevo probl.ema s i se p r e s e n t a r a l a s i g u i e n t -

secuencia :

l . - E n t r a t:l cstaPlece ban1 = verdad \interrumpe>

30

PROGRAM;1Clc)N CONCURRENTE -.-. -.- - 2 . - Yntra F2 es taLLlece bais2 = verdad; espera a que ban1 = falso 3 . - P l r e v i s a a ban2 y espera a c;Ue s e naga f a l s a .

Ambos prscesos est? . . esperando e l ir ,dicador del proceso opuesto y

IJURO puede l iberalr s u bandc.1;. Ambos e s t n e n abrazo mortal.

ALGORITMO DE DEKKER

* P1 i n d i c a s u deseo de entrac e n s u s e c c i b n c r t i c a , ban1 = trite Entonces procede ccn ia prueba del mientras donde v e r i f i c a si P2 tambien quiere entrar. S i ban2 = f a l s e ; entonces P1 s a l t a e l cuerpo del c i c l o m i e n t r a s y e n t r a e n s u s e c c i n c r t i c a .

* Supngase, que cuando P1 r e a l i z a l a p r u e b a d e l m i e n t r a s , descubre que ban2 = true. E s t o o b l i g a a P1 a e n t r a r e n e l c u e r p o d e l c i c l o m i e n t r a s . Aqu busca la v a r i a b l e d e l proceso favorecido; s i P1 es e l f a v o r e c i d o , s a l t a el cuerpo del S i y e j ecuta repet idamente l a prneba de l mientras esperando a que P2 desc.onecte s u bandera l o cual debe suceder.

* S i P1 determina que e l proceso favorecido es P2 entonces PI es forzado a e n t r a r e n el cuerpo del S i , donde desconecta s u propia bandera. P1 permite que P 2 entre e n s u s e c c i j n c r i t i r . a .

* P2 acabar abandonando SI: s e c c i n c r t i c a y e j e c u t a r s u cdigo de sal ida de exclusin mutua, p n i e n d o como e l prcseso favorecido a P1 y desconecta su bandera.

* P 1 r e a l i z 2 el mientras ,-.xternc. Si. la bandera de P2 (que acababa de desconectarsej s igue desconectada, entonces P 1 e n t r a e n s u s e c c i n . S i n embargo s i P 2 i n t e n t reent.ra1 r&pidamellte en s u seccin c r t i c a , e n t o n c e s l a bandera de P2 bsn2 = t r u e y P1 ser ob l iyadc de nuevo a e n t r a r era e l cuerpo del mxentras externo.

"En esta ccas ir : , s in embargo, P 1 ~ ~ G C X S O - uno esta , desconecte su bandera, permitiendo a

prc':eso - uno e n t r a r er. su secci6n c r t i c a I' (12)

31 1 4 7 6 8 5

". _I PROGRAMACION CONCURREEE

PROCESO PI COM

MIE~RAS (veydad) H A Z [ Por siempre 1 c m

banlzverdad; MIENTRAS (ban2 = verdxd) EIAZ SI ( favorecido ==2) c m

banl = f a l s o ;

banl = verdad; TERM; s e c c i o n - c r i t i c a - 1 ; favorecido = 2; banl = f a l s o ; o t r o s procesos;

( favorecido = 2 ) tiAZ ;

TERM -

TERM

PROCESO P2 CCM MI- (verdad) HAZ{ Por siempre 1 COM

ban2 = verdad; MIENTRAS (ban1 = verdad) HAZ SI ( favorec ido ==l) COM

ban2 = falso; MIENTRAS ( favorecido := 1 ) EA2 ; ban? = verdad; m; secc ion-cr i t i ca -2 ; favorec iao = 1 ; ban2 = f a l s o ; otros-procesos ;

TERM TERM

PROGRAMA PAERE COM

l?a-.i = falso; ban2 = f a l s o ; favorecido = 1 ; comiencen

21 " 2

terminen EhP

Dondz l a s i n s t r u c c i o n e s de comience? y terminen indican a l o s pio\:esos 1 ; i jos que puede:. i r : i c i a r s i n impoitsr en que orden y e l padre es?era I que terminen.

32

- PROGRAMACION CONCURRENTE

El algoritmo tie Dekker d.1 solucin a .La exclusin mutua e n t r e dos

procesos , pero su implementaci3n para un .nayor nrrero complicara e l

Algoritm;, POL ello se ?lantean otros mecanismos como los semforos.

Fueron propuestos por Dijkstra, para solucionar e l problema de la

exclusi6n mutua.

Un mecanismo de semforo consta bsicamente de dos operaciones

primitivas : S& y ESPERA que funcionan en nn tipo especial de

variable s e d f o r o S.

La variable S (semforo; puede asumir valores enteros no negativos

excepto posiblemente para la inicializaci6n, s l o l a s operaciones SERAL

y ESPERA pueden acceder y manipularla. La variable S es el argwento de

estas dos Operaciones.

ESPERA (S): recrement el valor de su argumento sr.smforo S en

cuanto se hace no negativa, si cs negativa o cero el proceso espera. La

finalizacin de la operacin ESFERA, una vez que se toma la decisi6n de

decrementar su argumento semAfcro, debe ser indivisible.

SE&& ( S ) : IncremenLa el valar de su argumento semforo S como una

oreracibn indivisible, si exfste un proceso dormido lo despierta. Un

pyoceso est dormidc cua.nclo esti esperando ser atendido bajo ciertas

condlcicnes y no se encuentra utilizando tiempo del CPU.

S d f 7 r o birlario : Slo puede tomar ei valor O 6 1.

Sediforo general : Puede tomar cualquier valor entero no negativo

Ulla tiescripcin dc estas funcimes s e r i a : %YbE;RA ; S ) CGM

B~IEN'=RAs not' (S > G 1 m espera 1; a = S - l ;

TEIu?d

33

- " PROGRAfdlAClQN COVCURRENTE

Cuando se utiliza existe la posibilidad de que se bloquee a uno de

los procesos, al no imponer un orden entre los procesos que esperan.

Recordando que postergamiento indefinido se presenta cuando

algunos procesos progresan hacia su finalizacin pero uno o ms procesos

estan bloqueando el recurso esperando una condici6n que nunca se dard.

Un proceso congelado 5 proccso bloqueado.

Todo depende de como se implementen los semdforos y cual sea la

poltica de asignacin de recursos. Si por un lado se da por prioridad

preferente, y los procesos solicitan entrar en su seccin critica con

mucha celeridad, hay una gran probabilidad que el proceso con menox

prioridad no sea atendido y por lo tanto bloqueado.

Por otro lado si cuando un proceso esta esperando para entrar a su

seccion crt ica, es encoiado (Cola circular) para esperar su turno

siguiendo la filosofa que el pr!.rnero en solicitar el servicio ser& el

primero en ser atendido ( F I F O ) , entonces desaparecer el conflicto

pat.encia1 de "postergacin indefinida" y aderrs cor.0 se almacena en la

cola esta "espera" no consumir tiempo de proceso.

IIX.1.3 Regin condicional atiica.

"Ld propuesta de las regj one:s condicionales criticas deja de ladc

l a s dif:cuitacie.. producidas por los sem5foros al utilizar una notacin

estructuradt para manejar la sincronizacin. Las variables comunes son

&grupadas ex canjcntos 12 amados recursos. Cada variable comn puede

34

PROGRAMACION C-ONCURRENTE

estar e? a 1.0 m6s un recurso y puede ser utilizada en intrucciones de

regiones criticas (IF?). La exclusin mutua es garantizada para que las

direntes I R C no se rasiapen. La sincronizaci6n condicional se logra a

trav6s de ictrucciones explcitas de condicin dentro de las L :. " (13) Un recurso r que contiene variables vl,v2, ...m se declara c o w :

recurso r:vl,v2,. . vn Las variables en r pueden ser utilizadas slo dentro de las I R C

que llamen a r.Tales intrucciones tienen la forma:

regi6n r cuando C haz I

Donde C es una expresin condicional e I es una lista de

instrucciones (tambin pueden aparecer variables locales dentro de las

IRCI. Una IRC detiene l a ejecucin del proceso hasta que C es verdadero;

I es entonces ejecutada. La evaluzcir. de C y la ejecucih de I F.O

pueden ser interrumpidas par otros IRC que llamen al mismo recurso.

111.1.4 Monitorcs.

Los semforos y Los mecanismos de exclusin mutua en espera activa

slo aseguran que un proceso entre a la vez a SG regin activa, no cuida

de C O ~ Q lo hace ni si al hacerlo errneamente el recurso comparticio sea

corrompido.

Los moni Lores son "mecanismos estructur2dos del sistema operativo

que direccionar este problema de manera . a .LE:

idea biisica que contiene los monitores es proporcionar una abstraccir.

de datos adems del control de concurrencia " (14)

Las acciones con las cuales se identifican los monitores son

contrc lar la sincronizacin de los procesos y ademds la naturaleza de

13s operaciones y evitar cambios ir.debidos en los valores globales.

Cuando 2n un sistema operativo s e han dileadr, los procedimient,x de

tipo monitor se "obliga" al usuario a ucilizarlcs, '3s un mecarismo

"duro'* pero necesario.

" FROGRAMACIOb! "" COIJCURRENTE

T,CS T.onltores perrimiten e l accesc er, forma i n d i r e c t a y exclusiva a

tra-,.&.s de yrocedirpientoo; preestablecidos a l c s zecu~.sos del sistema. Los

p r o a s o s d e l usuar:lo no ti.enen forma de conczer la estructura,

o r y u n i z a c i o n , n i i a s vari< I S que tili liza un monitor, s l o s e puede

d u x i l i a r de l, pero nunca a l t e r a r SIL secuerrcla.

"En trminos de e s t r u c t u r a , un monitor es esencialmente una

c o l e c c i n de datos y procedirlientos qde l o s manipulan. Las v a r i a b l e s son

usuaZrn.ente pr ivadas e i n a c c e s i b l e s f u e r a de el'' ( 1 5 )

Un formato genera l ser ia :

nombremonitor:MONITOR; COM

/*declaration de datos privados*/

PROCEDIMIENTO publ ico norribre (parametros fornaies) ; C m

... -

cuerpo del procedimiento; TERM

PROCEDIMIENTO privado-nombre;

i n i c i a l i z a c i n de ICs ciakcs d e l monitor;

. . .

. . .

. . . TERM nombreEonitor :

Un rnonitor s l o t i e n e v i d a cuando alguno de sus prccedimi-entos es

liarcado por un yrcceso ; cu.sndo termina su eje

. "

I

I" "". PHQGRAMACION CONCURRENTE

zssul tados , si se r e a l i z a n e s t a s dos acciones e n una s o l a se mejora

s lgni r i ca t i - Jamente e l rendimiento.

Pcdemos habiar de pares emisor-receptor con S S canal de memaje

(comunicacin) e l c u a l e s f l e x i b l e y dependiendo de cada uno de los

casos se negocia s u aceptaci6n o rechazo. Podemos tener canales

unidi recc ionales o b i d i r e c c i o n a l e s .

La comunicaci6n se da entre procesos cooperantes, algunos de estor;

casos suceden entre Procesogadre y procesos-hi jo , entre l o s hijos de un

mismo proceso e incl7aso entre procesos que son a jenos .

IJn mensaje pued.e incluir Fdent i f i cador del transmisoz,

i d e n t i f i c a J o r del receptor , longitud, c ipo y cuzrpo del rnecsaje.

Las operac iones b6s icas er, el envio y recepqin de mensajes son

TRANWTE y RECIBE. Los dest inos o receptores de los rcensajes pueden

designarse e n d i f e r e n t e s formas

* Designacin: Como se sabe a qujc :n va

Designaclbn ciirectz: Siempze que s e genere una operacin de

mensaje e l tiansmisor debe desirJnaL el. receptor especfico. Cada

reccptur dclse a n t n c i a r l a fuente de quiier, ciesea recibir un m.er.saje.

TRBbJSMITE ( 8 , nensajs) ; . ..

TERM ...

37

PROGRAMACION COhCURRENTE " " """

RECPBE ( 4, mensaje) ; . . .

Esta :omunicaci6n ES uno a uno, es d e c i r un t ransmisor (A) enva

U , I mensaje a QR receptor { a ) , pero si se desea irnplementar rutinas de

s e r v i c i o I c o c t r o l a d o r de impresora) no s e podran cnn3cer todos los

nOElkKeS dc l o s proceso:; en un momento determinado pdra poder rea l izar s u

a c c i c n r,i de donde vex i r l a nueva crden.

Designacin kndirecta: Las mensajes se envan y se rec iben e n

depsi.t:cs especializados para e s t e proposito, conocidos como "buzones".

TRANSMITZ (bl'zsn 1 , mensaje 1 ; ...

mRM ...

PROCESO i3 C m

TERM . . .

En e l a l g - r i t m o anterior mensaje es una v a r i a b l e p r i v a d a t a n t o

para e l prcceso A como p s r a e l groceso B , l o s dos proceso se e s t a n

comunicando e l p r o c e s o F, pcne e l nens>.je en e l buzonl.. dQr.de es buscado

pL: r el. p r ~ c e s o B.

Obs-rvar .+a e n l a d e s i g n a c i k n i n d i r e c t a a p a r t e de la

2 o L J . c sp

En e l caso que se r e a l i c e una copia despuCs de e n v i a r l a t a n t o e l

transmi ,E como e l receptor poseen s u propia copia, rlo importa 10 que

r e a l l c e e l receptor con s u copia no a l t e r a r 6 La f u e n t e o r i g i n a l que est

en e l transmisor. Es decir las copias nos aseguran qlle s i un proceso

corrompe s u copia no a l t s r a r a l o s dems procesos. Las desventa jas son

que las copias consuinen memoria y c i c l o s de l a CPU.

Por e l c c n t r a r i o si se decide por pasar un puntero (menos seguro,

pero ms rpido, acupa menos e s p a c i o ) . S e tendr una nica Copia a la

cual tendrn acceso todos los pxocesos, mientras un receptor este

accediendo a l mensaje e l transmisor no debera modif icar lo ; pero en

e s t e caso es di f c i l d e t e c t a r b a j o l a s c o n d i c i o n e s d e s c r i t a s e l momento

en e l cua l cada quien hace uso del mensaje. Ya que e l mensa je se

convier te e n sefial de comunicacin.

Almacenamiento intermedio: iQu& hacer con io> mensajes enviados

pero no recibidos a b ? Se Fresentan dos soluciones que a continuacin se

comentarn dependiendo s i l a corn::nicacin es s incrona o as ncrona.

La comunicacin entre transmisor-receptor cuando e l s i s t e m a no

t i e n e almacenamiento intermedic debe ser sncxona. Es decir en e l

momento dci enviar un mersajre ??be e2;isti.r un receptor l i s t o para

r e c i b i r l o . Las venta jas de e s t e mecanismo s ncrono es que sus proc~scs

snplemsntarios son pccx y de fc i l i rnplen ,ac in , inc1 t ;yendo la cer tcza

de q1.e e l mensaje real-nerte u recibido. T,a d e s v e n t a j a v l z a l es que no

sFempre se dese,: la s incrcnizaci .cn .

Paza l o g r a r -1 fupcionamiento asncrono s e bzscari.3 que e x i s t i e r a

u?. almacenamiento intermedio de menshjes. S i no e x l s t e n r e c e p t o r e s el

mensa je er.viadc, es conservado p3r e l S ~ S L ; E : T T . E ; operativo y posteri.?rmente

es en-llado a UII recept.or cuando este es t6 L i s t o . E l transmisor despus

de e c v i a r s u x e n s a j e puede s e g u i r real izando sus act ividades s i n

39

http://sincrcnizaci.cn

PROGRWACION CONCURRENTE

preocuparse de l o que suceda Jon los receptores . E?. lllensajz se guarda en

un,; c o l a de esp..;? hasta que UP receptor pueda r e c i b i r l o . No se debe

abu,.ir de e s i a c a r a c c e r i s t i c a ya que puede provocar problerds de bloquea

erl caso de que u n a tarea t rammita mensa jes irldefiniddirnente.

Posposicin indefinida: Cumdo se enva un mensaje pero nadie l o

r e c i b e o cuando se est esperando un mensaje que nunca se genera, s i e l

proceso no puede l i b e r a r e l recbrsg st. d i c e que e l proceso ha bloqueedo

e l recurs(; .

P a r a e v i t a r e l bloqueo o l a posposicin indefinida se implement2

una funcin de tiempo lmite, s i e n e s t e tiempo no fui? completado un

intercambio de mensaje, se genera un e r r o r . L a o t r a forma es implementar

en la funcin RECIBE u11 mecanismo que si hay mensaje l o toma y continUa,

s i n o no 1.0 espera , y uRa funcin TRANSMITE l a c u a l s i hay un canal l.i_bre

er,va s u mensaje, s i no l i b e r a el recurso y r e a l i z a o t r a s a c t i v i d a d e s .

S i n p s i s : RECIBE ( buzon, mensaje, t iempo-limite);

PROCESO A COM

. . . TRANSMITE (buzon, mensal;e) ; RECIBE ( rec ib i o-recp, rec, tiempo-limite) ; . . .

TERM

PROCESO E COM

RECIBE(buzon1, mensaje) ; S I r w n s a , - - r e c i b i d o t . n - t i s n p ENTONCES TFANSMTTE! i e c i b i o r e c p , recl ;

.. ,

- -

TERM . . .

F i t ransmicsr envia un mensaje y ento3ces espera e l mensaje de

recc'1ocimientd dc-1 : -ec ;ntor . S i el. receptor no r e c i b e e l nensa j e ?or

cualqujer r a s . j n , el. tiempo l i m i t e e x p i r a y e l transmisor retoma e l

ccctrol.

'1 O

- - -. - PROGRAMACION CONCURRENTE

Longitud: U:-, ltimo problema es :.i Icr, mer.sajes dehen s e r f i j 3 s o

d.- Lcngitud :ariabie. L... infoimacin s ier3re se presenta en d i f e r e n t e s

tam?fios por e l l o r,o s e r a muy adecuad? t r a b a j a r cor, v a l o r e s f i f o s de

lvngitud, para lrnpsementar que sean de lon7 i tuc : var iab le se recp~iere d?

crear dinmicamente mc?rnorias . . t e rmeZias para enca jar e l tamafio d e l

mensaje. La implr:?entacin descrita es mlly c c s t o s a en tiempo provocando

posiblemente ! a ragmentacj .li de l a menoria. Si se dec ide por los

mensajes de l o n g i t u d f i j a se reqsieren irrplcmentar procedimientos extra

para poder enviar mensajes de n?ayor tamafic; d e l p r e v i s t o .

SISTEMA OPERATIVO UNIX

HERRnMIENTAS QUE PROPORCIONA PARA LA

PROGRAMACION CONCURRENTE

""".- PROGRAMACICN CONCURRENTE

I\' SISTEMA OPERATIVO UNIX Y LAS HERRAIMIENT.QS QUE PROPORCIONA PARA LA PROGRAMACION CONCURRENTE

IV.l El sistema operativo UNIX

Los origcnes del sistema UNIX datan de 1969 (Laboratorios Bell)

pero es hasta 1974 cuando es introducidv a las universidades, desde ese

entonces ha recorrido un laxgo camino y se ha ido abriendo un lugar

tanto en la industria como en la investigacibn. Es el primer sistema

operativo escrito directamente en un lenguaje de alto nivel (C). Su

f i l o s o f i U se basa en la conviccijn de que la potencia de un sistema

depende ms de l a s relaciones entre los programas que de los programas

propiamente dichos a

IV. I. 1 El ambiente en Unir

Cada V ~ Z que se hable de UNIX, se puede estar haciendo referencia

a diEerentes niveles del sistera operativo ULSIX, manejando tres

diferentes niveles:

DNIX: "Es el nlicleo (KERNEL) de ?.m sistema operativo de tiempo

com?srtido, un srograma que controla los recursos de una computadora y

los asigna entre los usuarios. Permite a los usuarios correr sus

programas, controle l o s dispositivos perifricos (discos terminales,

impresores, etc) conectados a la mquina, jr proporciona un sisteme de

txcnlvos que ?.&ninistra el almacenamiento a largo plazo de inforrracin

tal c3rp.o programas, datos y dccumentos . " (1.7)

UNIX: A?a,:ca no slo el ncleo, sino tambih programas

escencial?~, entre ellos compiladores, editores, lenguajes de comandos,

prJgramas para copiado e impresin de archivos, etc. (18)

m I X : Prede incluir programas desarroLlados por el usuario >ara

ser ejecutados eri el sistema, por ejempio herramientas para preparar

rutinLis para anllisis est3distics y psquetes graficos.

- PROGRAMACION CONCURRENTS

Norinal.ment~, las tlres definicirmes anteriores se traslapan entre

s y a l ectar trabajando se cmbina?, los programas que se presentan en

esta parte fueron compilados y corridos en el ambien-Le UNTX de una

computadoia NEXT.

Las versiones de UNIX pueien tener pequeas variaciones de un

q u i p 0 a otro, pero por lo general son bastante estndares, se

recomienda rrvisac el manual d e l usuario si se tiene alguna duda de como

fueron utilizadas alqunas de las funcicnes.

1v.1.2 Herramientas que proporciona DNlX para la programacibn concurrente.

Fara poder explicar con mayor claridad las herramientas que

proporciona C en un ambiente como UNIX, se describen algunas funciones

que trabajan sobre la convivenzia de procesos, as como un con-;unto de

programas que si son seguidos y comprendidos ampliamente se podrn

comprender son claridad las soluciones presentddas para los problemas

clsicos que s e presentan en la iiltima parta.

Los progrcras demuestran un canuno simple para el uso de los

canales de cornunicaci6n y sincr3nizacin como ms adelante se estudiardn

como son los pipes, socketpairs y sockets. La idea bsica de esta

interface es hacer que la comunicaci6n entre procesos sea similar a un

archivo de I/O. En el cul es posible leer o escribir.

Los descriptores (idencificadores) pueden referenciarse cOmo

archiv3s normales, para el servicio (incluyendo terminales) o la

comunicacJ.in entre proczsos. El uso de un descriptor tiene tres fases:

su creacin, su uso para lectura y/o escritura y su destruccin. El

progrema que czea el descriptor puede scr diferente al programa que lo

utiliza. E!. a s o de dzscziptores no es la nica forma de interface de

cornunLc?cin que provee UNIX, pero fu6 la que se trabaj para

i-yleyentar los algoritmos.

P~OGRAPlAClON CONCURRENTE

iV.1.2.1 Creaain de procesos.

Hay varias funciones que pueden ser utilizadas ;sara la creaci6n de

procesos independientes.

FORRO

Sinpsis : Rurcibn: Crear un nuevo proceso

pid = fork0 ; i n t pid

Causa la creaci6n de UR nuevo proceso. El nuevo proceso (proceso

hijo) es una copia exacta del proceso que lo llamb, excepto por las

siguientes caractersticas:

* El proceso h i j o tiene su propio identificador. * El proceso hijo tiene un identificador diferente para s u padre. * El proceso hijo tiene su propia copia del descriptor del padre.

La instruccin fork devuelve un valor 0 (cero) para identificar al

proceso h i j o , un valor negativo !-1) para indicar que Uil error ha

ocurrido y un valor positivc (normalmente el identificador) para

recmocer al proceso padre.

Er. la figura se muestrs la forma en que es posible generar

procesos hijos a partir del padle :

a) Un solo hijo

p i d = fork() ; if ( pid == O)

else / * Se trata

/ * ,"e :rat+ ?

h) Mltiples hijos t

del h i j o * /

del padre * 1

fo". (i=O; i< NUMHIJOS; it+) i pid == fork (1 ; if(pid == O ) [ / * Se trata del hijo i*/

ir- NUMHIJOS ) 1

i f (pid ! = O ) / * Se trata del padre * /

i

44

PROGRAMATION CONCURRENTE

c ) sq h i j o d e l h i j o ( n i e t o ) "

I p l l l = fork() ;

{

if (pidl==O)

/ * St ata d e l h i j o * / pid2 = fork ( ) ; if (pid2 ! = O )

else

1

/ * S e t r a t a d e l n i e t o * /

/ * S e t r a t a d e l hijo * /

else / * S e t r a t a d e l p a d r e * /

0) .Ra#rc.: .......... ........... ........... ......... , . .big&.;' ........... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

I fork

a) Un h i j o b) V a r i o s h i j o s

F i g . 4 . 1 . 1 Generacin de procesos

e ) Un nieto

EXECL ( )

Funcin: E j e c u t a r un programa.

execl(nombre, argO,argl, .... argn, O) char *nombre, *argO, *argl, . . . . *argn; execv (nombre .. argv) char *nombre , *argv [ ] ;

Sinpsis :

execle(nombre, argO,argl, . . . . argn, O, envp) cha;. *nombre . *argO . *argl . . . . . *argn , *envp [ 1 ; E s t a s r u t i n a s p r o v e e n d e v a r i a s i n t e r f a c e s p a r a l a e j e c u c i n d e un

z r c h i v o llamadc por e l sistema. Transforman la l lamada del proceso padre

45

PROGRAMACION CONCURRENTE - en un nuevo proceso sin realiz3r la copia del ambiente. El nuevo

procesos es construido a partir de un archivo noymal ojecntable.

Donde e1 argum.ent.0 nombre es un puntero (path) ai programa que

sera ejecutado, :_.i arg[O] debe ser el nombre del archivo ejecutable

(nombre-arch.out*). si se conocen el nmero de parametros se utiliza

exec1 pero si no la funci6n que se puede utilizar es execv.

El nuevo proceso debe tener un encabezado como:

rnain(args, argv, envp) int argc: char **argv, **endp;

Y puede recibir como parmetros algunos atributos del proceso

creador, como serian las entradas a l o s canales (buzones) de

comunicacin. Pero adems el propio proceso gener3do tiene

caractersticas inherentes como son : su identificador, el identificador

de su padre, directorio de trabajo, terminal de control entre otras.

Cuando el proceso fueqte ejecuta la llamada le entreg? el control

a l nuevo proceso y este al terminar s u ejecucin no devuelve el control,

es decir no Legresa al punto donde fcc3 llamado. Si al realizar la

llamada la funcin devuelve (-1) ha ocurrido y error y su cdigo se

puede conocer a travs d? la variable global errno.

SYSTEM ( )

Sinpsis : Funcin: Ejecutar una instruccin del Shell de ccmandos

system (cadena-comandos) ckax * cadena, -camando8 ;

El parmatro cadena-comandos indica al sistema el comando a ser

ejecut.ado corn., si se encontrara en lnea. E l proceso que lia ejecutado .la

fmcin system espera hasts que e.. shel3. !:a terminado. y retorna al

puntc: donde UP llamado.

46

PRUGRAMACION CONCURREm

Utilizando la funcin system() se puede enviar a correr otro

programa (crear un nuevo proceso) independiente del actual, pero el

primero espera hasta que ha terninado el nuevo proceso.

IV.1.2.2 Comunicacin y sincronizacin entre procesor

RIPE9 ( ) Ebncin: Crea un canal unidireccional de comunicaci6n entre

procesos S i n p s i s :

pipe (buzon) int buzon 121 ;

La llamada al sistema pipe() crea un mecanismo llamado pipe, el

descriptor que devuelve la liamada puede ser usado para leer o escribir

a l pipe. Si se escribe al pipe se utiliza el deszriptor buzonlll en uno

de los extremos y se lee a travks del otro punto buzon[O], la capacidad

del canal es de 4096 bytes.

Los pipes no son otra cosa que un descriptor y pueden ser usados

en UNIX es forma temporal. Los pipes son caminos para transmisin de

datos desde un proceso a otro. Los dos procesos que se comunican y el

pipe son creados pol- un mismo padre.

UNIDIRECCIONAL

Fig. 4.1.2 Representaciitn de un pipe (canal unidireccional)

En la utilizacin de pipes es comn que los procesos que se

ccimlinican a tr?v&s de ellos hal-an sidr, creados For un mismo padre. Si se

-. PROGRAMACION CONCURPENT4

r e p r s s e n t a e s t a comunicaciGn por medio de rboles como se observa en l a

* S gura P. 1 .3 se p o d r i a e x p l i c a r de la s i g u i e n t e manera; e l P2 se puede

conrur,icar con su hermaco P3 a t ravs -3: canal que c r e 6 e l P1 que es el

padre de ambc pero no se p d r a comnnicar r i i con e l proceso P4, P5, P6

r i i P7, de l a r~.isi;la forma que P7 se puede cori inicar con su padre y SU

hernano pero EG l o puede hacer con P4.

S i un proceso i n t e n t a l e e r de un canal que se encuentra vacio,

pero e l extremo de escr i tura buzon[l ] , ya fu cerrado, entonces detecta

un f i n de archivo, y puede e l proceso t e rminar sa t i s fac tor iamente , pero

si no u cerrado el o t ro extremc, l a tarea b loquea o retiene a l pipe

hasta que su p e t i c i b n es r e s u e l t a , si se d e s e a e v i t a r que bloquee e l

rec x so s e puede hacer u t i l izando la funcion fcntli) cuya descr ipc in

puede encontrarse en l a seccL6n de o t r a s u t F l e r i a s .

S i ahora :e i n t e n t a e s c r i t i r ,c3bre un pipe donde e l e x t r e r o de

l e c t u r a ya fui: cerrado (buzon[O] ) se presenta una signal ( i n t e r r u p c i n ) ,

que ig ta l rnente f ina l iza e l proceso . Pero s i cuando s e i n t e n t a r a e s c r l b i r

al pipe, e s t e e s t u v i e r a lleno y su extremo de l e c t u r a 50 e s t u v i e s e

ceriado, provocara que el proceso bloquee el recurso hasta que su

Coli-citLd sea r e s u e l t a , e la misrna fornla que p a r a l a l e c t u r a se u t i l i z a

l a funnin f c n t l ; , pars e v i c a r que bloque el cecurcc .

En 0.1 anexo 1 , ejemplo # 5 , se presenta un programa que u t i l i z a un

qipe para lograr l a c ~ m u n i c a c i b n de Ln padre con su hljo. S e d i j o antes

que un p i p e se puede t r a b a j a r corn3 un archivo y de hecho soporta las

4E;

-.- "-I

I_ " PROGRAMACION CONCURREN'TC

funciones de lectura y escritura de un archlwo (Read y w r i t e ) . Es un ejerr.210 muy sencillo donde el p?.-.dre se muitiplica despu;.s de crear el

car22.1 d- comunicacin y posteriormente enva iln mensaje a su hijo y el hijo lee estc. ..?formacin. Observa- que el pipe es unidireccional, es

decir no es posible que el h i j o responds al padre Enviar! j a su vez un

mensaje, para poder hacerlo se requiere de otra estructura conocida como

socketpair.

BOCXETPAIR (1

Sinpsis : Funci6n: Crea un canal bidireccicnal de comunicaci6n.

l i n s l u d e #include

sockctpdr(dominia, tipo, protocolo, somb) int dominio, t ipo, protocolo; int nombf21;

La llamada de la funcir, sqcketpair crea un nice par reEerenciado

par no&, de sockets conectados, son como dos pipes pero en sentidos

,contrarios b a j o un mismo nombre. Cuando se crea una estructura de este

tipo debe especificarse el dominio, el Estilo de comunicaci6n ( t i p o ) y

el. protocolo.

Fzg 1.1.4 Un sczketpair (canal bidireccianal).

Se describen estos campos en forma general ya que no slo se

utilizan en los sQcketpa i r , Pino tambien en los sockets.

El parknetro dominio especifica un domir.lo de comunicacin con el

cual se indica el lugar de la comunicacibn, e s t a s e selecciona junto con

el Drotscolo de la familia que se utiliza.

E1 protocolo da la familia generalmente es el mismo que la

direccin de iz fsmilia que es otorgada despus de la ejecucin de la

49

PRCGRAMAClOh CONCURRENTE

funcin sxketpair;) (6 socket();. Las farulias se definen er, el archivo

, las mas utilizas ?ara el presente caso son :

N;IM FAMILIA/ FROTOCOLO

( 0 ) AF-UNSt / PF-UNSPEC (X3 especifico) ( 1 ) AF UNIX i PF UNIX (Protocolo interno en UNIX) (2) AF-INET / PFINET (Protocolo interno en ARPA) ( 6 ) AF-KS / PF N5 (Protocolo en un sistema de red tipo Xerox) ( 3 ) PEIMPL1NK-/ - P F - I M P L I N K (Implica direccin)

El tip especifica la semdntica de comunicacin entre ia que se

presenta : SOCK - STREAM : Dos-caminos conectados por un byte ala misma

corriente. (se utiliza para definir un socketpair) SOCK - DGRAM: Soporta la utilizacin de datagramas (los cuales son

conecciones, con mensajes de un largo fijc) SOCK - W W : Proporciona un aczeso a l o s protocolo interno e

interfaces de una red. SCCK -. SEQPACKET: Provee de una secuencia confiable de dos caminos

conectados a una base, por medio del cual se trasmite informacin utiiizando datagramas de tamao fijo. Se utilizar1 para leer o escribir en paquete, se utiliza con la familia PF-NS.

SOCK - RDM: Es un planeador, pero en el momento de escribir estas notas an no est implernentaeo.

En el anexo 1, ejemplo # 6; se muest.ra como se pueden conunicar un

padre con su hijo a traves de un socketpair, utilizando esta estructura

ambos pueden escribir al buzn y ambos pueden leer el mensaje que le

envi6 el proceso gc?e posee el oiro extsemo del socketpair. S610 en caso

de que u90 de l o s procesos cerraza su descriptor e1 otro proceso podra

leer su propio mensaje.

Cuando el hijo es creado tiene el n?.~.smo ambiente que su padre, el

pcede cerrar urro de los extremos del sbcket (sockets [ O j ) ya que no lo

requiere para comunicarse, el lee y escribe a travs del extremo

zockets[I.]. El padre a su vez cierxa sr?ckets[l] y utiliza sxkets[3!. De

la misma forma en que es uti! izado un pipe para leer y escribir se

.I!:ilizan las funciones read() y w r i t e ( ) .

" PROGRAMAClON CONCURRENTE

~ c - L ~ : crea an nodo (punto espec f i co ) para l a comunicacin

tindude #include sock * sockct(dominio, tipo, protocolo); int sock, d d n i o , tipo, protocolo;

La funcibr. socket [ ) crea un nodo en un punto espec i f i co para la

comunicaci6n y devuelve un d e s c r i p t o r . Los partmetros ya fueron

d e s c r i t o s ea la s e c c i o n a n t e r i o r ( s o c k e t p a i r ) .

Los procesos que no t iener, un ancestro en comn, tambien pueden

ser comunicados con otrcs procesos mediante l a c r e a c i n d e s o c k e t s , como

se est trabajando ruit iprogramacin el dominio sera en Unix y por lo

t a n t o l a s e s t r u c t u r a u t i l i z a d a s sern de este t i p o . En e l ejemplo #7

(anexol) despus de i a Llamada s o c k e t 0 se l e debe bautizar con un

nombre p a r a p o d e r r e f e r i r l o (UNIVERS3), p a r a e l l o se u t i l i z a una

estructura conocida como datagrama, l a c u a l en e l archivo

e s t 6 d e f i n i d a como :

struct sockddr { u shor sa-family; char s a _ d a t a [ l 4 ] ; I

.-

o ..... ............. ... ....... . . . . . . . . . ,............ ......._...... ::E-:?: _..........._. ....... - .... ...... ...... ..,....... . . . . . . . . . ...... 0 . . . . . . _ . . . . . . . . . . . : * : 8 : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 7 6 8 5

51

FROC,RAMACION CONCURRENTE - -

Primero a sa-family debe asignarsele la fanilia COL la cual se

esti trabajando (AF - U N I X ) , y despuCs se copia e l nombre a sa-data ( U N I E A S O ) , y utilizando la funcin bind (ver otras utilerias) se

bautiza al socket Jn el nombre de UNIVERSO.

E l programa del ejemplo #7 se trabaja en conjunto con el programa

del ejemplo # 8 , para realizar esta comunicacin, despues de creado el

socket por ejemplo-7, ste espera a recibir un mensaje, cuando lo

recibe, lo despliega en pantalla y al terminar bcrra el nombre del

socket del directorio.

E: ejemplo-8 debe ejecutarse despues del ejemplo-7 ya que

requiere del nombre del datagrama, el cual recibe como parmetro, en la

linea de comandos. Frimero crea su propio socket o punto de conexin, y

le asocia el mismo nombre (UNIVERSO) , asi al detectarlo, se conecta y ya

puede escribir hacia l el mensaje y culminar su acti,Jidad.

Acciones para ejecutar los programas

$> ejemplo-7.out

---> UNIVERSO

En otra pantalla debe ejecuLarse el otro prcgrama

$>e jemp10_-8. out U N I V E R S O

SI- (1 Funcin: Simplificar el software para utilizar las

interrupciones SinGpais :

#include!

( * s i g n a l ( a i g , f u n c ) ) (1 i n t (*func) (1 ;

SIG-SEC ( )

Sinpais : h c i b n : Software para 2.3. utilizacin de l a s interrupciones.

# i n c l u d e struct sigvec {

int *sv-handlsr (1 ; .in* sv_mask ,: ict sv-flags ;

j ;

52

" PROGRAMACION CONCUREENTE

sigvco ( s i g , w c , owc) i n t si9 strcut sigvcz. *vec, *ovec;

Estas dos funclones son ut i l izadas para manejar las

i n t e r r u p c i o n e s , S i g n a l ( e s una in.terfa,-- l s imple pana f a c i l i t a r el uso

de s i g v e c 0 que es una funcin ms genera l .

Una s e a l ( s i g n a l ) e s UT! indicador de un evento anormal, puede ser

generado por e l u s u a r i o ( q u i t , i n t e r r u p t , s t o p ) , p o r un error en un

programa ( b u s e r r o r , etc) , por e l requerimiento de otro programa (kill) cuando un proceso es parado porque desea hacer un acceso a la

terminal de c o n t r o l . Todas l a s s e a l e s t i e n e n l a misma prior idad

EL uso de seales (s ignal ) , s e presenta de l a s i g u i e n t e f o r n a un proceso enva una sea l a o t ro proceso , l o s procesos que rec iben las

sea les no pueden i d e n t i f i c a r q u i e n l a s envi, adem6s que e l nmero de

sea les es pequeo. La s e m n t i c a d e s e a l e s l i m i t a l a f l e x i b i l i d a d de

los mecanismos de se f ia l izac i6n con un s i g n i f i c a d o de comunicaci6n entre

procesos.

E l archivo e s p e c i f i c a t o d a s l s a pas ib les se f ia les que

t iene su propio nombre, e n t r e las que se encuentran S I G I N T : sea l por in terrupc ikn SIGQUIT : seal de q u i t S I G I L L : sea l de i n s t r u c c i n i l e g a l SIGTRAP : sea l que i n d i c a que una trampa a ocurrido LCIGTZT : sea l in t rucc in de 1/0 S I G F P E : excepcin P O ; punto f l o t a n t e S I G K I L L : sena1 de 1.a funci6n K i l l (no puede s e r i c n c r a d a ) SIGBUS : sea l de e r r o r en e l bus.

Sigv=c() asigna un manejador e s p e c r i c o p a r a una sea l . S i e l

parcime%ro vec no e s c e r o e s t e e s p e c i f i c a que l a r u t i n a del manejador y

12 mscara pueden S E T asadas del1berac.ament-e por l a sea l espec i f i cada .

De l o c x t r a r i o e l s i s t e i n a d e c i d e que las sea les de l proceso son

e s p x i f i a d a s con s i g s ' : a c k ( ) . Peso s i e l parmetro ovec no e s cero el

mar.ejador previo para 12 seal es debuelto a l usuariq. Cualquier proceso

parado por 31guna razn puede ser ress tab lec lda mediante un sea l .

53

PROGWMACION CONCURRENTE " "

IV.1.2.3 F i n a l i z a c i n de procesos

FXI? o S i n 6 p l i s :

m l c i n : F i n a l i z a e l proceso a c t u a l

- exit (statua) int status;

~3 func in -ex i t f ina l iza un prcceso ccn las s i g u i e n t e s

consecuencias :

.* Todos l o s d e s c r i p t o r e s a b i e r t o s en e l proceso llamadox son cerrados . * S i e l proceso padre del proceso l lamador ejecuta la funcibn wait() entonces es n o t i f i c a d o de l a t e r m i n a c i n de su proceso hijo.

KILL ( )

Sin6paicr : Funcin : Forza l a f i n a l i z a c i n de un proceso.

k i l l I-sig I processid . . . k i l l -1

El conando k i l l enva la sea l de ternrinaci6r. (15) a un proceso

e s p e c f i c o , si. e l nombre o e l nmero de l a s e a l va precedido por ' - I ,

es ta sea l es enviada en su lugar para geners.r l a t e r m i n a c i h . Las

non-Lres de las sefiqles s e pueden conocer con e l comando 'kill - 1' ( < s i g n a l . h > ) ; e s un comando de l n e a p e r o pLede s e r u t i l i z a d