SEMFOROS EN UNIX

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SEMÁFOROS EN UNIX
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Comunicación entre procesos (IPC)

• Los procesos en UNIX no comparten memoria, ni
  siquiera los padres con sus hijos.
• El sistema operativo UNIX define tres clases de
  herramientas de comunicación entre procesos
  (IPC) los semáforos, la memoria compartida y los
  mensajes.

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DEFINICIÓN

• Dijkstra definió un semáforo como una variable de
  sincronización que es manipulada atómicamente a
  través de las operaciones wait(s) (una operación
  P) y signal(s) (una operación V).

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OBJETIVO

• Se utilizan indistintamente para sincronizar 2 o
  más procesos que necesitan compartir un recurso.
• Están precodificados y estandarizados- su
  operación en sí misma está libre de errores.
• Son eficientes los procesos al esperar un
  recurso no consumen ciclos del procesador.

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Características

• Un semáforo es un mecanismo para prevenir la
  colisión que se produce cuando dos o más procesos
  solicitan simultáneamente el uso de un recurso
  que deben compartir.
• Implantados bajo UNIX pueden utilizarse para
  fines de comunicación, ya que es posible
  consultar el valor de un semáforo.
• Dijkstra define un semáforo S como un objeto de
  tipo entero sobre el que se pueden realizar dos
  operaciones P y V2.
• La operación P decrementa el valor del semáforo y
  se utiliza para adquirirlo o bloquearlo. La
  operación V incrementa el valor del semáforo y se
  utiliza para liberarlo.

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• Las operaciones P y V deben ser atómicas para que
  funcionen correctamente. Esto quiere decir que
  una operación P no puede ser interrumpida por
  otra operación P o V, y lo mismo ocurre para V.
  Esto garantiza que, cuando varios procesos
  compitan por la adquisición de un semáforo, solo
  uno de ellos podrá realizar la operación.

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• Puede ser manipulado (consultado o modificado)
  por cualquier proceso que conozca el
  identificador del semáforo (semid) en cuestión.
• Al crearse el semáforo se deben especificar los
  permisos de acceso para el resto de usuarios.
  Como resultado de las operaciones, el proceso
  puede quedar bloqueado a la espera de que el
  semáforo tome un cierto valor, si así se desea, o
  continuar su ejecución.
• Normalmente, un semid identifica a un array de
  semáforos que serán distinguidos mediante su
  número de semáforo (que va desde 0 hasta N-1,
  siendo N el número especificado al crear la
  estructura de semáforo con semget).

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Exclusión mutua entre procesos

• Los algoritmos de exclusión mutua (comúnmente
  abreviada como mutex) se usan en programación
  concurrente para evitar que fragmentos de código
  conocidos como secciones críticas accedan
  concurrentemente a recursos que no pueden ser
  compartidos.
• La exclusión mutua utilizando semáforos se logra
  inicializando un semáforo a 1,
• comenzando todas las secciones críticas con una
  operación wait y finalizando todas las secciones
  críticas con una operación signal.

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Componentes de un semáforo

• Generalización del concepto de Dijkstra
• Se compone de los siguientes elementos
• El valor del semáforo
• El identificador del último proceso que hay
  esperando a que el valor del semáforo se
  incremente.
• El número de procesos que hay esperando a que el
  semáforo tome el valor 0

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IMPLEMENTACIÓN

• Asociado a cada semáforo tenemos una estructura
  un contador y una cola.
• El contador nos indica el estado del semáforo
• gt0 el semáforo esta libre o disponible
• lt0 el semáforo esta en uso
• lt0 hay uno o varios threads esperando por el
  semáforo
• La cola mantiene una referencia a todos los
  threads que están esperando
• Si se ejecuta un wait y el semáforo esta libre,
  se puede continuar si no, se bloquea en la cola
  de threads en espera.
• Un signal desbloquea un thread, si esta esperando

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Interpretación práctica de las operaciones sobre
semáforos

• Operación wait(S)
• Pedir un recurso
• Tomar un recurso
• Disponer de un recurso
• Asignar un recurso

• Operación signal(S)
• Dar un recurso
• Regresar un recurso
• Reponer un recurso
• Liberar un recurso

Los semáforos se inicializan con el número de
recursos disponibles o a compartir
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Tipos de semáforos

• Hay dos tipos de semáforos dependiendo de su
  valor inicial
• Semáforo binario. Garantiza el acceso exclusivo a
  algún recurso. El semáforo es inicializado a 1.
  También es llamado semáforo mutex.
• Semáforos generales. Representan un recursos con
  muchas unidades disponibles (indicado por el
  número al que es inicializado el semáforo). Un
  semáforo de éste tipo deja pasar a tantos threads
  (o procesos) como recursos haya disponibles.

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CONCLUSIONES

• Necesarios. Para sincronizar el acceso a sus
  estructuras de datos para asegurar su
  consistencia. ?
• Eficiencia. Evita que los procesos que esperan el
  recurso no consumen ciclos del procesador. ?
• Seguridad. En Unix se puede realizar un conjunto
  de operaciones sobre un conjunto de semáforos, si
  no es posible completar una operación ninguna de
  las operaciones se llevará a cabo. ?
• No Errores. Como están precodificados, garantizan
  que su operación esta libre de errores. ?
• No colisiones. Objetivo principal de los
  semáforos. ?