Sincronizacion de Procesos

Antecedentes El acceso concurrente a datos compartidos puede dar pie a inconsistencia de datos Mantener la consistencia de los datos requiere mecanismos para asegurar el orden de ejecución de los procesos que los comparten

Programas secuenciales Especifica una ejecución secuencial de una lista de enunciados La ejecución del programa da como resultado la creación de un proceso

Procesos concurrentes Concurrencia: del verbo concurrir, asistir o acudir al mismo lugar o tiempo Especifica dos o más programas secuenciales ejecutados concurrentemente como procesos paralelos

Características procesos concurrentes Los procesos son concurrentes si existen simultáneamente Pueden funcionar en forma totalmente independiente, unos de otros Pueden ser asincronos lo cual significa que en ocasiones requieren cierta sincronización y cooperación

Clasificación procesos concurrentes Podemos hablar de multiprogramación, multiprocesamiento o procesamiento distribuido

Multiprogramación Los procesos son ejecutados, concurrentemente, compartiendo uno o más procesadores (c/u con su memoria) El kernel del sistema operativo multiplexa los procesos en los procesadores Proc 2 Proc 5 Proc 6 Proc 3 Proc 7 Proc 4 Proc 1 M 1 CPU 1 M 2 CPU 2

Multiprocesamiento Se ejecuta un proceso en cada procesador Los procesos comparten una memoria en común CPU 1 CPU 2 CPU 3 Memoria común CPU 4 Proc 1 Proc 2 Proc 4 Proc 3

Procesamiento distribuido Los procesos están conectados a través de una red de comunicación Cada procesos cuenta con su memoria M 1 Proc 1 Proc 2 Proc 4 Proc 3 M 2 M 3 M 4 red de comunicación CPU 1 CPU 2 CPU 3 CPU 4

Interacción entre procesos Para poder cooperar, procesos concurrentes deben comunicarse y sincronizarse Comunicación permite ejecución de un proceso para influenciar ejecución de otro Comunicación entre procesos esta basada en el uso de variables compartidas o envío de mensajes

La sincronización Frecuentemente, la sincronización es necesaria cuando los procesos se comunican Procesos son ejecutados con velocidades impredecibles Para comunicarse un proceso debe realizar una acción que el otro pueda detectar Entonces la sincronía puede verse como un conjunto de restricciones para el ordenamiento de eventos Programador usa un mecanismo de sincronía para retardar ejecución de un proceso para satisfacer una restricción

El Problema de la Sección Crítica Cada proceso posee un fragmento de código, denominado sección crítica , que no debe intercalarse con las secciones críticas de los demás procesos En las secciones críticas de los procesos se encuentra el código que accede y/o modifica los datos compartidos La ejecución de las secciones críticas debe ser mutuamente exclusiva para evitar inconsistencia de datos El problema de la sección crítica consiste en diseñar un protocolo que los procesos pueden usar para conseguir la exclusión mutua de las secciones críticas. El protocolo consta de: Sección de ingreso : solicita permiso para ingresar en la SC Sección de egreso : anuncia la salida de la SC

Solución al Problema de la Sección Crítica 1. Exclusión Mutua – Si el proceso P i está ejecutando su sección crítica, ningún otro proceso puede estar ejecutando su sección crítica 2. Progreso – Si ningún proceso está ejecutando su sección crítica y existen algunos que quieren entrar en su sección crítica, sólo los procesos que no estén ejecutando su sección restante pueden participar en la decisión de qué proceso puede ingresar en su sección crítica, y esta selección no puede posponerse indefinidamente 3. Espera limitada - Hay un límite para el número de veces que otros procesos pueden entrar a sus secciones críticas después de que un proceso ha solicitado entrar en su sección crítica y antes de que se le otorgue la autorización para hacerlo Asumimos que cada proceso se ejecuta con velocidad  0 No hacemos supuestos acerca de las velocidades relativas de los N procesos

Primer intento while (true) { while (turno  0); SECCIÓN CRÍTICA turno = 1; SECCIÓN RESTANTE } Satisface la exclusión mutua No cumple la condición de progreso Requiere una alternancia estricta de los procesos en la ejecución de la sección crítica

Segundo intento while (true) { indicador[0] = TRUE; while (indicador[1]); SECCIÓN CRÍTICA indicador[0] = FALSE; SECCIÓN RESTANTE } Satisface la exclusión mutua No cumple la condición de progreso Los dos procesos pueden quedarse bloqueados en ciclos infinitos

Solución de Dekker 5 (1965) while (true) { indicador[1] = TRUE; while (indicador[2]) { if (turno = 2) { indicador[1] = FALSE; while (turno = 2); indicador[1] = TRUE; } } SECCIÓN CRÍTICA turno = 2; indicador[1] = FALSE; SECCIÓN RESTANTE } Satisface la exclusión mutua Cumple la condición de progreso Cumple el requisito de espera limitada

Hardware de Sincronización Muchos sistemas proveen soporte de hardware para resolver el problema de la exclusión mutua Una solución en máquinas con un solo procesador es deshabilitar las interrupciones El código que se está ejecutando no puede ser retirado de la CPU No es buena solución porque el SO pierde el control temporalmente En sistemas multiprocesadores no es eficiente Las máquinas actuales proveen instrucciones atómicas especiales Atómica = no interrumpible

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