Procesos Concurrentes

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Procesos Concurrentes

• Dr. Pedro Mejía Álvarez
• CINVESTAV-IPN, Seccion de Computacion
• Instituto Politécnico Nacional

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Contenido

• Concepto de procesos
• Planificación de procesos
• Operaciones sobre Procesos
• Cooperación de Procesos
• Comunicación entre procesos

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Programación Concurrente

• Virtualmente todos los sistemas de
  tiempo-real son inherentemente concurrentes - los
  dispositivos operan en paralelo en el mundo real.
• Programación concurrente es el nombre dado a las
  técnicas y notación de programación para expresar
  "paralelismo" potencial y resolver la
  sincronización y los problemas de comunicación.
• En la programacion concurrente solo se cuenta con
  un procesador. El tiempo de CPU se reparte entre
  varios procesos.
• El paralelismo implica que existen varios
  procesadores en el sistema. La programacion
  paralela implica dividir la ejecucion de un
  programa en distintos modulos los cuales se
  ejecutaran en distintos procesadores.

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CPU
Dispositivo de E/S
Inicia operacion de E/S
Peticion de proceso de
E/S
Finalizacion de Senal
Interrupcion de fin de E/S E/S termina
Continua con mas peticiones
Paralelismo entre CPU y Dispositivos de E/S
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Sistema de Reservacion de Linea Aerea
VDU
VDU
VDU
VDU
P
P
P
P
P
Data Base
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Terminología

• Un programa concurrente es convencionalmente
  visto como una colección de procesos secuenciales
  autónomos que se ejecutan (lógicamente) en
  paralelo.
• Los lenguajes de programación concurrente
  incorporan, explícita o implícitamente, la noción
  de proceso cada proceso tiene un simple hilo de
  control.
• La implementación actual (i.e. ejecución) de una
  colección de procesos usualmente toma una de
  estas tres formas
• Multiprogramación
• ejecución de múltiples procesos en un solo
  procesador.
• Multiprocesamiento
• ejecución de múltiples procesos en un sistema
  multiprocesador donde hay acceso a memoria
  compartida.
• Programación Distribuida
• ejecución de múltiples procesos en varios
  procesadores los cuales no comparten memoria.

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Concepto de Proceso

• Un sistema operativo ejecuta una variedad de
  programas
• Sistema Batch jobs
• Sistemas de tiempo compartido programas de
  usuario o tareas
• Proceso - un programa en ejecución la
  ejecucución del proceso debe progresar de manera
  secuencial.
• Un proceso incluye
• program counter
• stack
• data section

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Estados de los procesos

• Nuevo El proceso es creado.
• Ejecución Se ejecutan instrucciónes.
• Espera El proceso esta en espera por la
  ocurrencia de algún evento.
• Listo El proceso esta esperando a que le asignen
  el procesador.
• Terminado El proceso finaliza su ejecución.
• Diagrama de estados de los procesos.

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Process Control Block

• Información asociada con cada proceso
• Estado del proceso
• Program counter
• Registros del CPU
• Información de planificación del CPU
• Memoria
• Información para administración
• Información de estatus de E/S

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Colas de planificación de procesos

• Cola de jobs- conjunto de todos los procesos en
  el sistema.
• Cola de listos- conjunto de procesos residentes
  en memoria, listos y en espera para ejecucución.
• Cola de dispositivos- conjunto de procesos
  esperando por algún dispositivo de E/S.
• Migración de los procesos entre varias colas.

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Planificadores

• Planificador de largo plazo (job scheduler) -
  Selecciona que proceso traer a la cola de
  procesos listos.
• Planificador de corto plazo (CPU scheduler) -
  Selecciona que proceso debe ejecutarse enseguida
  y reserva el CPU.

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Cambio de Contexto

• Cuando el CPU cambia a otro proceso, el sistema
  debe salvar el estado del proceso antiguo y
  cargar el estado del proceso nuevo.
• El cambio de contexto es overhead el sistema no
  realiza cómputo útil durante el cambio.
• El tiempo de realización del cambio de contexto
  es dependiente del soporte de hardware.

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Creacion del Proceso

• Al crearse un proceso se le asigna memoria (para
  cargado de código, datos y stack), recursos,
  información del PCB, y se carga en memoria.
• Además se inicializan registros para protección
  del espacio de memoria reserva a este proceso.
• El proceso padre puede crear procesos hijos, los
  cuales a su vez pueden crear otros procesos,
  formando así un arbol de procesos.
• Compartición de recursos.
• Los padres e hijos comparten todos los recursos.
• El hijo comparte un subconjunto de los recursos
  del padre.
• El hijo y el padre no comparten recursos.
• Ejecución
• El padre y el hijo se ejecutan concurrentemente.
• El padre espera hasta que el hijo termina.
• Ejemplo UNIX
• la llamada a fork crea un proceso nuevo.

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Terminación de Procesos

• El proceso ejecuta su última instrucción y pide
  al sistema que lo elimine (exit).
• Los datos de salida van de hijo a padre (por
  fork).
• Los recursos del proceso son desalojados por el
  sistema operativo.
• El padre puede terminar la ejecución de un
  hijo(abort).
• el proceso hijo se ha excedido en los recursos
  alojados.
• la tarea asignada al proceso hijo ya no es
  requerida.
• El proceso padre termina.
• El sistema operativo no permite que el hijo
  continue su ejecución si el proceso padre
  termina.
• terminación en cascada.

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Procesos cooperativos

• Los procesos Independientes no pueden afectar o
  ser afectados por la ejecución de otros procesos.
• Los procesos cooperativos pueden afectar o ser
  afectados por la ejecución de otros procesos.
• Ventajas
• Compartición de información
• Mayor velocidad de cómputo
• Modularidad
• Conveniencia

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Problema del productor-consumidor

• Paradigma para procesos cooperativos el proceso
  productor produce información que es consumida
  por el proceso consumidor.
• Solución mediante memoria compartida.
• Solución mediante buzones y envío de mensajes

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Comunicación entre procesos

• La comunicación entre procesos provee
  mecanismos para permitir que los procesos se
  comuniquen y se sincronizen.
• Sistema de mensajes - los procesos se comunican
  entre si sin tener que compartir variables.
• Operaciones
• send (mensaje)- los mensaje pueden tener tamaño
  fijo o variable.
• receive (mensaje)
• Medio de comunicación
• implementación física (p.ej, memoria compartida,
  bus de hardware)
• implementación lógica.

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Tipos de comunicación

• Mediante Buzones utilizados como medio
  común para comunicación entre procesos de forma
• 1 proceso envia mensaje a 1 proceso
• 1 proceso envia mensaje a N procesos
• N procesos envían mensajes a 1 proceso
• N procesos envía mensajes a N procesos
• Mediante una linea de comunicación o bus de
  hardware.

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Tipos de sincronización

• Mediante el envío de mensajes entre procesos
• send (P, mensaje) - send a message to process P
• receive(Q, mensaje) - receive a message from
  process Q
• Mediante el envio de señales de tipo semaforo
• P (sem,contador). Envía una señal al semaforo
  sem.
• V (sem,contador) recive n señales del semáforo
  sem