PROGRAMACION CONCURRENTE

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PROGRAMACION CONCURRENTE

• La programación concurrente es la simultaneidad
  en la ejecución de múltiples tareas interactivas.
  Estas tareas pueden ser un conjunto de procesos o
  hilos de ejecución creados por un único programa.
  Las tareas se pueden ejecutar en un sola UCP
  (multiprogramación), en varios procesadores o en
  una red de computadores distribuidos. La
  programación concurrente está relacionada con la
  programación paralela, pero enfatiza más la
  interacción entre tareas. Así, la correcta
  secuencia de interacciones o comunicaciones entre
  los procesos y los nodos los procesos
  coordinados de recursos que se comparten por
  tareas son las claves de esta disciplina.

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Multitarea, Multiprogramacion, multiprocesos

• La programación concurrente tiene capacidad para
  realizar varias tareas al mismo tiempo o muchas
  tareas en una sola PC con un procesador o varios.

Multitareas
Multiprocesos
Multiprogramacion
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Multitareas

• Es la capacidad de un sistema operativo para
  ejecutar varios procesos al mismo tiempo
  corriendo sobre un procesador.
• Con los sistemas operativos DOS esto era incapaz
  de realizarse.
• Existen varios tipos de multitareas y son

Multitarea Nula Multitarea Cooperativa
Multitarea Preferente Multitarea Real
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Multitarea Nula

• ES aquel sistema operativo que carece de
  multitarea. Aún así puede simularla
  implementándola en un espacio de usuario
  Justamente la familia DOS son ejemplos de
  sistemas operativos de multitarea nula.

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Multitarea Cooperativa

• Tipo de multitarea en donde los procesos de
  usuario son quienes ceden la CPU al sistema
  operativo a intervalos regulares.
• Es sumamente problemático porque si por algún
  motivo el proceso de usuario es interrumpido, no
  cede la CPU al sistema operativo que lo ejecuta
  y, por lo tanto, quedará trabado
  (bloqueado).Los sistemas operativos Windows
  antes de la versión 1995 implementaban este tipo
  de multitarea.

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Multitarea Preferente

• Multitarea en donde el SO se encarga de
  administrar uno o más procesadores, repartiendo
  el tiempo de uso del mismo entre los distintos
  procesos que esperan utilizarlo (tareas en
  ejecución).En el caso de un solo procesador,
  cada proceso o tarea lo utiliza en períodos
  cortísimos de tiempo, lo que, en la práctica, da
  la sensación de que estuviesen ejecutándose al
  mismo tiempo.Los sistemas operativos que
  utilizan este tipo de multitareas son los UNIX y
  sus clones (Linux, etc), Windows NT, etc.

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Multitarea Real

• Multitarea en donde el SO ejecuta los procesos
  realmente al mismo tiempo haciendo uso de
  múltiples procesadores (más de dos).La
  ejecución realmente se realiza en distintos
  procesadores para cada proceso o tarea.
  Obviamente en el caso de que los procesos o
  tareas sean más que la cantidad de procesadores,
  éstos comienzan a ejecutarse en procesadores "en
  uso" en la forma de multitareas preferenteTodos
  los sistemas operativos modernos soportan esta
  capacidad.

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Multitarea Real
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Multiprogramacion

• MULTIPROGRAMACION Es la técnica que permite que
  dos o mas programas ocupen la misma unidad de
  memoria principal y que sean ejecutados al mismo
  tiempo.
• La multiprogramación se refiere a dos o mas
  programas corriendo o procesándose al mismo
  tiempo La multiprogramación se controla a través
  del sistema operativo, el cual observa los
  programas y los vigila hasta que estén
  concluidos.
• El numero de programas que pueden
  multiprogramarse en forma efectiva, depende de
  una combinación de la cantidad de memoria, de la
  velocidad de la CPU y del numero y velocidad de
  los recursos periféricos que tenga conectados,
  así como de la eficiencia del SISTEMA OPERATIVO.

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Principios de Concurrencia

• En un sistema multiprogramado con un único
  procesador, los procesos se intercalan en el
  tiempo aparentando una ejecución simultánea.
  Aunque no se logra un procesamiento paralelo y
  produce una sobrecarga en los intercambios de
  procesos, la ejecución intercalada produce
  beneficios en la eficiencia del procesamiento y
  en la estructuración de los programas.

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Principios de Concurrencia

• La concurrencia es el punto clave en los
  conceptos de multitarea, multiprogramación y
  multiproceso, la concurrencia comprende un gran
  numero de cuestiones de diseño incluyendo la
  comunicación entre procesos, la compartición y
  competencia por los recursos, la sincronización
  de la ejecución de varios procesos y la
  asignación del procesador a los procesos, la
  concurrencia puede presentarse en tres contextos
  diferentes
• Varias aplicaciones
• Aplicaciones estructuradas
• Estructura del sistema operativo

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Varias aplicaciones

• En este caso el tiempo de procesador de una
  máquina es compartido dinámicamente entre varios
  trabajos o aplicaciones activas.

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Aplicaciones estructuradas

• Como consecuencia del diseño modular de una
  aplicación y la división de la misma en tareas
  explícitas estas pueden ser ejecutadas de forma
  concurrente.
• En programación, un lenguaje estructurado es
  aquel que soporta la división en bloques
  (procedimientos y funciones) que pueden o no
  comunicarse entre sí.
• Por ejemplo, los archivos batch (.bat) es
  contrario a inestructurado, de poco uso, que no
  tiene ninguna estructura, es simplemente un
  bloque,

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Estructura del sistema operativo

• Como resultado de las aplicaciones estructurada
  que se aplica en el diseño del propio SO, de
  forma que este se implemente como un conjunto de
  procesos.

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LABORES DEL SISTEMA OPERATIVO

• Son Elementos de gestión y diseño que surgen por
  causa de la concurrencia
• 1) El sistema operativo debe seguir a los
  distintos procesos activos
• 2) El sistema operativo debe asignar y retirar
  los distintos recursos a cada proceso activo,
  entre estos se incluyen
• _Tiempo de procesador
• _Memoria
• _Archivos
• _Dispositivos de E/S
• 3) El sistema operativo debe proteger los datos
  y los recursos físicos de cada proceso contra
  injerencias no intencionadas de otros procesos.
• 4) Los resultados de un proceso deben ser
  independientes de la velocidad a la que se
  realiza la ejecución de otros procesos
  concurrentes.

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Comunicación y Sincronización de Procesos

• Puede verse la concurrencia de procesos como una
  ejecución simultánea de varios procesos. Si
  tenemos un multiprocesador la concurrencia parece
  clara, en un momento dado cada procesador ejecuta
  un proceso.
• Se puede ampliar el concepto de concurrencia si
  entendemos por procesado concurrente del sistema
  en conjunto,
• varios procesos se vean en un estado intermedio
  entre su estado inicial y final. Esta última
  definición incluye los sistemas multiprogramados
  de un único procesador que estudiamos en los
  temas anteriores.

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• Cooperación entre Procesos
• La velocidad de un proceso depende de la
  frecuencia de la
• interrupción asociada a cada uno de ellos que un
  proceso
• se ejecuta asíncronamente con respecto a otro, es
  decir, sus ejecuciones son independientes. Sin
  embargo, hay ciertos instantes en lo que los
  procesos deben sincronizar sus actividades. Son
  estos puntos a partir de los cuales un proceso no
  puede progresar hasta que otro haya completado
  algún tipo de actividad

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Posibilidad de interacción de procesos

• Las posibilidadades de interaccion de los
  procesos pueden clasi?carse en funcion del nivel
  de conocimiento que cada proceso requieren la
  existencia de los demas.
• Un proceso no tiene en absoluto conocimiento de
  la existencia de los demas
• Que los procesos tengan un conocimiento indirecto
  de los otros procesos.
• Tiene lugar cuando los procesos tienen
  conocimiento directo unos de otros por haber sido
  diseñados para trabajar conjuntamente el alguna
  actividad

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Comunicación y sincronización de proceso

• 1. Necesidad de exclusión mutua. Es decir, los
  procesos deberán acceder de forma exclusiva a
  ciertos recursos o zonas de memoria considerados
  como críticos.
• Interbloqueos tienen lugar cuando ninguno de los
  procesos en competencia puedecontinuar su
  ejecucion normal por carecer de alguno de los
  recursos que necesita.
• 3. ejecucion incompleto este problema tiene
  lugar cuando la ejecucion de un proceso queda
  siempre pospuesta a favor de algun otro de los
  procesos en competencia.

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Necesidad de sincronizacion de los procesos
region critica yexclusion mutua

• La sincronización entre procesos puede definirse
  como la necesidad que tienen algunos procesos de
  bloquearse en determinadas circunstancias y ser
  despertados cuando ocurren ciertos eventos. Un
  caso típico que muestra la necesidad de
  sincronización entre procesos es cuando un
  proceso inicia una lectura y va a utilizar en la
  siguiente instrucción la información leída. En
  este caso el proceso debe esperar a que se
  termine la operación de Entrada/Salida para
  continuar.

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Gestion de procesos

• ejecucion

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LA EXCLUSION MUTUA
La exclusión mutua la podríamos definir como una
operación de control que permite la coordinación
de procesos concurrentes (Comunicación requerida
entre dos o mas procesos), y que tiene la
capacidad de prohibir a los demás procesos
realizar una acción cuando un proceso haya
obtenido el permiso.
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SOLUCIONES SOFTWARE PARA LA EXCLUSION MUTUA
Soluciones por Software. Una manera es dejar la
responsabilidad a los procesos que deseen
ejecutar concurrentemente, de esta manera los
procesos deben coordinarse unos con otros para
cumplir la exclusión mutua sin ayuda alguna,
aunque estas soluciones son propensas a errores
y a una fuerte carga de proceso (Algunos
ejemplos de estas son Algoritmo de Dekker y
Algoritmo de Peterson).
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• Algoritmo de Dekker

• Algoritmo de Peterson

• Semáforos

• Monitores

• Paso de Mensajes

• Soluciones Hardware para la exclusión mutua

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Algoritmo de Dekker
es un algoritmo de programación concurrente para
exclusión mutua, que permite a dos procesos o
hilos de ejecución compartir un recurso sin
conflictos. Fue uno de los primeros algoritmos de
exclusión mutua inventados, implementado por
Edsger Diikstra.
Si ambos procesos intentan acceder a la sección
crítica simultáneamente, el algoritmo elige un
proceso según una variable turno. Si el otro
proceso está ejecutando en su sección crítica,
deberá esperar su finalización.
Existen cinco versiones del algoritmo Dekker,
teniendo ciertos fallos los primeros cuatro. La
versión 5 es la que trabaja más eficientemente,
siendo una combinación de la 1 y la 4.
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• Versión 1 Alternancia estricta. Garantiza la
  exclusión mutua, pero
• su desventaja es que acopla los procesos
  fuertemente, esto significa
• que los procesos lentos atrasan a los procesos
  rápidos.
• Versión 2 Problema interbloqueo. No existe la
  alternancia, aunque
• ambos procesos caen a un mismo estado y nunca
  salen de ahí.
• Versión 3 Colisión región crítica no garantiza
  la exclusión mutua.
• Este algoritmo no evita que dos procesos puedan
  acceder al mismo
• tiempo a la región critica.
• Versión 4 Postergación indefinida. Aunque los
  procesos no están en
• interbloqueo, un proceso o varios se quedan
  esperando a que suceda
• un evento que tal vez nunca suceda.

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Algoritmo Dekker
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Algoritmo de Peterson
Peterson desarrolló el primer algoritmo (1981)
para dos procesos que fue una simplificación del
algoritmo de Dekker para dos procesos.
Posteriormente este algoritmo fue generalizado
para que funcione para N procesos .En el
algoritmo para N procesos las variables ci
además de valer "verdadero" y "falso", pueden
valer "en sección critica" y turno desde 1 hasta
N. El procedimiento es una generalización de
este .ci, que es un array y turno, que solo
puede valer 1o 2 . .Este algoritmo garantiza la
exclusión mutua debido al uso de una variable
compartida , turno, que se chequea cada vez.
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Inicialmente, c0c1 falso, y el valor de
turno no tiene relevancia (pero de be ser 0 o 1).
Para entrar en la sección crítica, el proceso Pi
primero asigna el valor verdadero a ci y luego
afirma que es el turno del otro proceso para
entrar si así lo desea (turno j). Si ambos
procesos tratan de entrar a la vez, se asignará
turno como i y j aproximadamente al mismo tiempo.
Sólo una de estas asignaciones durará la otra
ocurrirá, pero será reemplazada de inmediato. El
valor eventual de turno decide a cuál de los dos
procesos se le permitirá entrar primero en su
sección crítica.
30
Gracias