problemas sincronizacion

Lizz Chandi Argoti

Isaac Naranjo

Iván Ortega

Gaby Roldán

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITOCIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN

SISTEMAS E INFORMÁTICASISTEMAS OPERATIVOS

INTRODUCCIÓN SINCRONIZACIÓN

• Se habla de sincronización cuando determinados fenómenos ocurran en un orden predefinido o a la vez.

¿QUÉ ES SINCRONIZACIÓN?

• Los procesos que ejecutan de forma concurrente en un sistema se pueden clasificar como procesos independientes o cooperantes

• Independiente es aquel que ejecuta sin requerir la ayuda o cooperación de otros procesos.

• Los procesos son cooperantes cuando están diseñados para trabajar conjuntamente

• Dentro de los Sistemas Operativos los procesos que se ejecutan son muy variados.

• Realiza lectura de memoria.

• Modifica los datos que leen.

SINCRONIZACIÓN DE PROCESOS

• Pues es aquí en donde el caos podría entrar,

• Información modificada.

• Bloqueos Mutuos

• Solución

• Algoritmos de control de los procesos o hilos

• Semáforos.

• Monitores.

• Semáforos�• Monitores�• Paso de mensajes�

ALTERNATIVAS DE SINCRONIZACIÓN

PROBLEMAS CLÁSICOS DE SINCRONIZACIÓN

• BUFFER LIMITADO

• LECTORES Y ESCRITORES

• FILOSOFOS COMENSALES

BUFFER LIMITADO

Buffer limitado / Productor – Consumidor

Dos procesos comparten un almacén (buffer) de tamaño fijo. Uno de ellos, el productor, coloca información en el almacén (buffer) mientras que el otro, el consumidor, la obtiene de él.

ProcesoProductor

ProcesoConsumidor

Flujo de datos

Mecanismo de Comunicación

Si el productor desea colocar un nuevo elemento, y el almacén se encuentra lleno, este deberá irse a ‘dormir’.

El consumidor despertara al productor cuando elimine un elemento del almacén. De forma análoga, si el almacén esta vacío y el consumidor desea eliminar un elemento del almacén, este debe ‘dormirse’ hasta que el productor coloque algo en el almacén

Mecanismo de Comunicación

• Cuando se llene Productor bloqueado

• Cuando esté vacío Consumidor bloqueado

• Buffer

Solución SemáforosValor máximo Tamaño del bufferValor mínimo Cero

Si ambos el productor y el consumidor intentan actualizar el buffer concurrentemente, las proposiciones de lenguaje assembler pueden intercalarse.

La intercalación depende de como los procesos productor y consumidor son agendados.

Suponga que counter es inicialmente igual a 5. Una intercalación de proposiciones es:

productor: register1 = counter (register1 = 5)

productor: register1 = register1 + 1 (register1 = 6)

consumidor: register2 = counter (register2 = 5)

consumidor: register2 = register2 – 1 (register2 = 4)

productor: counter = register1 (counter = 6)

consumidor: counter = register2 (counter = 4)

El valor de count puede ser o bien 4 o 6, donde el

resultado correcto debe de ser 5.

CODIGO

int N = 100; /*Número máximo en el buffer*/ int count = 0; /*Número de elementos en el buffer*/

void productor( ){ if (buffer == lleno) then dormir(); else { añadir nuevo elemento a la lista; incrementar count; verificar estado consumidor;}}

void consumidor( ){ if (buffer == vacío) then dormir(); else { eliminar elemento de la lista; decrementar count; verificar estado productor;}}

RESUMEN

LECTORES Y ESCRITORES

LECTORES Y ESCRITORES ( COURTOIS ET AL., 1971)

Un objeto se va a compartir entre varios usuarios, algunos solo quieren leer el contenido ( lectores ), otros quieren actualizarlo (escritores)

Lector Lector Escritor Lector Escritor

Recurso

Restricciones

• Sólo se permite que un escritor tenga acceso al objeto al mismo tiempo. Mientras el escritor esté accediendo al objeto, ningún otro proceso lector ni escritor podrá acceder a él.

• Se permite que múltiples lectores tengan acceso al objeto, ya que ellos nunca van a modificar el contenido del mismo

Problemas

• Primer Problema : No se debe tener a ningún lector en espera a menos que el escritor tenga el permiso del uso del objeto

• Segundo Problema : Si un escritor

• está esperando acceder al objeto,

• ningún otro lector puede comenzar

• a leer.

CLÁSICO EJEMPLO

Imaginemos una enorme base de datos, como por ejemplo un sistema de reservaciones de en una línea aérea, con muchos procesos en competencia, que intentan leer y escribir en ella. Se puede aceptar que varios procesos lean la base de datos al mismo tiempo, pero si uno de los procesos está escribiendo, (es decir modificando) la base de datos,

ninguno de los demás procesos

deberá tener acceso a esta, ni

siquiera los lectores.

El problema es como programar a los lectores y escritores.

RESUMEN

FILÓSOFOS COMENSALES

FILÓSOFOS COMENSALES ( DIJKSTRA, 1965 )

Necesidad de asignar varios recursos entre varios procesos sin que haya

bloqueos mutuos ni inanición

CLÁSICO EJEMPLO

Cinco filósofos se sientan alrededor de una mesa y pasan su vida cenando y pensando. Cada filósofo tiene un plato de fideos y un tenedor a la izquierda de su plato. Para comer los fideos son necesarios dos tenedores y cada filósofo sólo puede tomar los que están a su izquierda y derecha. Si cualquier filósofo coge un tenedor y el otro está ocupado, se quedará esperando, con el tenedor en la mano, hasta que pueda coger el otro tenedor, para luego empezar a comer.

Si dos filósofos adyacentes intentan tomar el mismo tenedor a una vez, se produce una condición de carrera: ambos compiten por tomar el mismo tenedor, y uno de ellos se queda sin comer.

Si todos los filósofos cogen el tenedor que está a su derecha al mismo tiempo, entonces todos se quedarán esperando eternamente, porque alguien debe liberar el tenedor que les falta. Nadie lo hará porque todos se encuentran en la misma situación (esperando que alguno deje sus tenedores). Entonces los filósofos se morirán de hambre. Este bloqueo mutuo se denomina interbloqueo o deadlock.

El problema consiste en encontrar un algoritmo que permita que los filósofos nunca se mueran de hambre.

Primera Solución

• Representar cada palillo con un semáforo

• Un filósofo trata de tomar un palillo ejecutando una operación espera con ese semáforo, y suelta sus palillos ejecutando la operación señal con los semáforos apropiados.

var palillo: array [0..4] of semáforo;

• Inicialmente todos los elementos de palillo están en 1

• Garantiza que dos vecinos no estarán comiendo simultáneamente

• Posibilidad de bloqueo mutuo

• Suponga que los cinco filósofos sienten hambre simultáneamente y cada uno toma su palillo izquierdo

Posibles soluciones al problema de bloqueos

• Permitir que como máximo filósofos se sienten a la mesa cuatro filósofos

• Sólo permitir que un filósofo tome sus palillos si ambos están disponibles ( dentro de la sección crítica )

Solución asimétrica Un filósofo impar toma primero su palillo izquierdo y luego el derecho, mientras que un filósofo par toma primero su palillo derecho y luego el izquierdo.

Cualquier solución satisfactoria deberá evitar la posibilidad que uno de los filósofos muera de hambre.

Una solución libre de bloqueos mutuos no elimina necesariamente la posibilidad de inanición

Solución por monitores

Distinguir entre los tres estados en los que podría estar un filósofo Pensando

Hambriento

Comiendo

Definir el estado del mismo filósofo

RESUMEN