Recursos compartidos y su especificación

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1 ecursos compartidos y su especificación Lecturas: apuntes de especificación de la asignatura Manuel Carro Universidad Politécnica de Madrid 22 de noviembre de 2007 Este texto se distribuye bajo los términos de la Creative Commons License M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20 Del problema a la solución Problema: Solución: muchos datos a tener en cuenta simultáneamente efinamiento progresivo Concentrarse en cada momento en pocos detalles: Análisis de procesos y recursos Estudio de condiciones de seguridad Estudio de condiciones de vivacidad Algunos pasos automáticos Otros necesitan estudio especial M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20 ecursos compartidos Similares a cápsulas (Gehani) Tipo abstracto con: Estado interno Operaciones Condiciones de sincronización Exclusión mutua impĺıcita Notación alto nivel Independiente de la implementación M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20

2 Especificación Nos centraremos en la especificación: Formal (no ambigua, teoría de prueba) Independiente del lenguaje Clara y breve (al menos eso queremos) Muchas posibilidades Usaremos lógica primer orden Estructurada por recursos En cierto sentido, aumento de TAD de estructuras de datos M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20 ecursos y TADs Semejanzas: Encapsulamiento datos eusabilidad azonamiento corrección recurso independiente de su uso azonamiento uso correcto sin su implementación Diferencias: Estado recurso dependiente del mundo externo (tareas accediendo) No noción igualdad, no copia Notación aumentada Algunos argumentos privilegiados: recurso único cambios propagados inmediatamente M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20 Historia de un recurso Qué problemas hay para copiar un recurso? T1 T1 T2 T1 T3 Copia T2 T3 M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20

3 Especificación: visión general C-TADSOL Nombre ecurso OPEACIONES ACCIÓN Op 1 : Tipo ecurso[es]... SEMÁNTICA DOMINIO: TIPO: Tipo ecurso =... INVAIANTE: r Tipo ecurso Inv(r) INICIAL(r): Ini(r) CPE: P(r, a 1,..., a n ) Op 1 (r, a 1,..., a n ) POST: Q(r, a 1,..., a n ) M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20 Declaración de interfaz Nombre de operaciones + tipos y modos de argumentos Modos: no necesarios, ayudan a documentar: [es], [e], [s] Tipos: Básicos: B, N, Z, Algebraicos: tuplas [ (Ta Tb) ], constructores [ Nombre(Ta Tb) ], unión de tipos [ (Ta Tb) ] Especiales: secuencias [ Secuencia(Ta) ], conjuntos [ Conjunto(Ta) ], tablas / maps / funciones parciales [ Ta Tb ] Tipo Ejemplo valor N B (3, falso) par(z ) par(-7, π) Secuencia(B) cierto, falso, falso, cierto Conjunto() {3.4, e, log 2} N B {(2, true),(3,true),(4,false),(9,false)} M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20 Dominio: tipo + invariante Tipos: admitimos campos con nombre en tuplas ( registros / records) TIPO: TipoComplejo = Par(real: imaginario: ) Invariante: restringe valores permitidos por el tipo TIPO: Tipo Irracional = INVAIANTE: i Tipo Irracional p, q Z i = p q TIPO: Tipo Creciente = Secuencia(N) INVAIANTE: s Tipo Creciente (l = Longitud(s) k, 1 k l 1 s(k) < s(k + 1)) M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20

4 Invariante INVAIANTE: I (r) Magnitud o ley que se mantiene tras una transformación Verdad antes de la entrada y tras la salida de cada operación Puede violarse dentro de una operación Muy importante: Permite establecer propiedades generales Permite trabajar contra esas propiedades M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20 Estado inicial recurso INICIAL(r): In(r) Determina valor inicial recurso (corrección en base a la historia del recurso) Operación separada? Sería algo especial Sólo podría ser llamada una vez Muchos lenguajes permiten especificar estado inicial M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20 Especificación de operaciones PE: P(a 1,..., a n ) CPE: C(r, a 1,..., a n ) Op 1 (r, a 1,..., a n ) POST: Q(r, a 1,..., a n ) Precondición secuencial (PE): Condiciones no relacionadas con la concurrencia Precondición de concurrencia (CPE): Sincronización entre operaciones Postcondición (POST): Cambio en el recurso / argumentos M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20

5 Especificación de operaciones (Cont.) División precondiciones: P(a 1... a n ) C(r, a 1,..., a n ) elacionadas con el recurso compartido: CPE Determinan sincronización Pueden causar suspensión ecurso cambiado por otras tareas elacionadas con otros argumentos: PE Determinan corrección llamada Pueden causar error de ejecución, excepciones, etc. M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20 Uso de aparcamiento Aparcamiento: Tipo Aparcamiento loop Entrada Barrera Entrada ; E n t r a r ( Aparcamiento ) ; A b r i r E n t r a d a ; end loop ; loop Salida B a r r e r a S a l i d a ; S a l i r ( Aparcamiento ) ; A b r i r S a l i d a ; end loop ; Aparcamiento Barrera_Entrada Proceso Entrada Entrar Salir Abrir_Entrada Estado Aparcamiento Barrera_Salida Proceso Salida Abrir_Salida! M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20 Aparcamiento ACCIÓN Entrar: Tipo Aparcamiento[es] ACCIÓN Salir: Tipo Aparcamiento[es] TIPO: Tipo Aparcamiento = 0..Max INVAIANTE: cierto INICIAL(a): a = 0 CPE: cierto Salir(a) POST: a sal = a ent 1 CPE: a < Max Entrar(a) POST: a sal = a ent + 1 a < Max necesaria? M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20

6 Almacén de un dato ACCIÓN Poner: Tipo Almacen[es] Tipo Dato[e] ACCIÓN Tomar: Tipo Almacen[es] Tipo Dato[s] TIPO: Tipo Almacén = (Dato: Tipo Dato HayDato: B) INVAIANTE: cierto INICIAL(b): b.haydato CPE: b.haydato Tomar(b, e) POST: e sal = b ent.dato b sal.haydato Poner(b, e) POST: b sal.dato = e ent b sal.haydato ecordad implementación: sólo un semáforo Veremos prueba corrección seguridad M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20 Almacén un dato (Cont.) Separación estado recurso / dato almacenado Operaciones excluyentes: CPE: b.haydato Tomar(b, e) POST: e sal = b ent.dato b sal.haydato Poner(b, e) POST: b sal.dato = e ent b sal.haydato CPE(Tomar(b, e 1 )) CPE(Poner(b, e 2 )) b.haydatos b.haydatos false espetar acceso a dato asegura exclusión mutua = no necesario semáforo dedicado M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20 Buffer ACCIÓN Poner: Tipo Buffer[es] Tipo Dato[e] ACCIÓN Tomar: Tipo Buffer[es] Tipo Dato[s] TIPO: Tipo Buffer = Secuencia(Tipo Dato) INVAIANTE: b Tipo Buffer Longitud(b) MAX INICIAL(b): Longitud(b) = 0 CPE: Longitud(b) > 0 Tomar(b, d) POST: l = Longitud(b ent ) b ent (1) = d sal b sal = b ent (2..l) CPE: Longitud(b) < MAX Poner(b, d) POST: l = Longitud(b ent ) Longitud(b sal ) = l + 1 b sal (l + 1) = d ent b sal (1..l) = b ent M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20

7 Productor/Consumidor de pares e impares ACCIÓN Poner: Tipo PI[es] N[e] ACCIÓN Tomar: Tipo PI[es] N[s] TIPO: Tipo PI = (Dato : N HayDato : B) INVAIANTE: cierto INICIAL(b): b.haydato Poner(b, d) POST: b sal.dato = d ent b sal.haydato CPE: b.haydato (b.dato mod 2 = 0) TomarPar(b, d) POST: b sal.dato = d ent b sal.haydato CPE: b.haydato (b.dato mod 2 = 1) TomarImpar(b, d) POST: b sal.dato = d ent b sal.haydato M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20 Productor/Consumidor de pares e impares Variante con una sola operación de tomar ACCIÓN Poner: Tipo PI[es] N[e] ACCIÓN Tomar: Tipo PI[es] N[s] Tipo Paridad[e] TIPO: Tipo PI = (Dato : N HayDato : B) Tipo Paridad = Par Impar INVAIANTE: cierto INICIAL(b): b.haydato Poner(b, d) POST: b sal.dato = d ent b sal.haydato CPE: b.haydato ((b.dato mod 2 = 0) (t = Par)) Tomar(b, d, t) POST: b sal.dato = d ent b sal.haydato M. Carro (UPM) ecursos compartidos 22 de noviembre de / 20