Concurrencia. Guillermo Román Díez

Transcripción

1 Concurrencia Semáforos Guillermo Román Díez Universidad Politécnica de Madrid Curso Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 1/11

2 Problemas de la espera activa Los algoritmos de espera activa pueden garantizar la exclusión mutua, pero... : Son difíciles de implementar Son difíciles de probar su corrección Malgastan CPU Dependen de la arquitectura donde ejecutan Son difíciles de escalar a diferentes tipos de procesos... Es necesario encontrar una solución mejor para implementar la exclusión mutua Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 2/11

3 Semáforos Semáforo es un tipo abstracto de datos que permite detener o dejar pasar un proceso dependiendo del valor de su contador interno Detiene los threads (no hace espera activa) Permite desbloquear uno de los hilos que se encuentren bloqueados Se basa en test and set Es de más alto nivel que la espera activa simplifica los protocolos de entrada y salida en la sección crítica Resuelve fácilmente la exclusión mutua Permite verificar más fácilmente la corrección de las soluciones propuestas Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 3/11

4 Semáforos Podríamos ver cierta analogía con un semáforo de tráfico (un poco lejana... ) Si está abierto permite el paso del thread Si está cerrado detiene el thread Tiene 1 atributo contador de tipo entero Se usa para decidir si un proceso puede pasar o no El valor del contador se inicializa en el constructor Se puede inicializar a cualquier valor mayor o igual que 0 Tiene 2 operaciones: P() (await, acquire) V() (signal, release) Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 4/11

5 Operación await Semaphore s... void await (){ if( s. contador >0) s. contador --; else block (); // Duerme el thread actual } Cuando el contador tiene un valor mayor que 0, únicamente se decrementa el contador Cuando el contador vale 0 entonces el proceso se queda bloqueado Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 5/11

6 Operación signal Semaphore s... void signal (){ if (! procesos_ bloqueados ) s. contador ++; else unblock ( t); // Despierta un thread t // que estuviera bloqueado // (no - determinista ) } Cuando no hay procesos bloqueados se incrementa el contador Cuando hay procesos bloqueados se desbloquea uno de esos procesos Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 6/11

7 Justicia La decisión del thread que se despierta en un semáforo es no-determinista Por esto, a nivel teórico podría darse el caso de que un thread sufra inanición En las implementaciones se suele hacer en orden de llegada La implementación de Java tiene un flag para garantizar justicia Nuestra implementación de cclib es justa Para razonar sobre el comportamiento del semáforo debemos suponer que cualquier hilo que esté bloqueado puede ser desbloqueado en un signal Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 7/11

8 Verdadero o falso? Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

9 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

10 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

11 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo X Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

12 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo X Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Si hay un thread bloqueado, entonces s.contador == 0 Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

13 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo X Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Si hay un thread bloqueado, entonces s.contador == 0 Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

14 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo X Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Si hay un thread bloqueado, entonces s.contador == 0 Si s.contador == 0 implica que hay un thread bloqueado Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

15 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo X Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Si hay un thread bloqueado, entonces s.contador == 0 X Si s.contador == 0 implica que hay un thread bloqueado Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

16 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo X Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Si hay un thread bloqueado, entonces s.contador == 0 X Si s.contador == 0 implica que hay un thread bloqueado Si s.contador > 0 implica que no hay threads bloqueados Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

17 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo X Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Si hay un thread bloqueado, entonces s.contador == 0 X Si s.contador == 0 implica que hay un thread bloqueado Si s.contador > 0 implica que no hay threads bloqueados Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

18 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo X Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Si hay un thread bloqueado, entonces s.contador == 0 X Si s.contador == 0 implica que hay un thread bloqueado Si s.contador > 0 implica que no hay threads bloqueados A través de un semáforo se puede bloquear un thread distinto al que está ejecutando Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

19 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo X Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Si hay un thread bloqueado, entonces s.contador == 0 X Si s.contador == 0 implica que hay un thread bloqueado Si s.contador > 0 implica que no hay threads bloqueados X A través de un semáforo se puede bloquear un thread distinto al que está ejecutando Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

20 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo X Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Si hay un thread bloqueado, entonces s.contador == 0 X Si s.contador == 0 implica que hay un thread bloqueado Si s.contador > 0 implica que no hay threads bloqueados X A través de un semáforo se puede bloquear un thread distinto al que está ejecutando A través de un semáforo se puede desbloquear un thread distinto al que está ejecutando Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

21 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo X Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Si hay un thread bloqueado, entonces s.contador == 0 X Si s.contador == 0 implica que hay un thread bloqueado Si s.contador > 0 implica que no hay threads bloqueados X A través de un semáforo se puede bloquear un thread distinto al que está ejecutando A través de un semáforo se puede desbloquear un thread distinto al que está ejecutando Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

22 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo X Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Si hay un thread bloqueado, entonces s.contador == 0 X Si s.contador == 0 implica que hay un thread bloqueado Si s.contador > 0 implica que no hay threads bloqueados X A través de un semáforo se puede bloquear un thread distinto al que está ejecutando A través de un semáforo se puede desbloquear un thread distinto al que está ejecutando El valor máximo de s.contador no está acotado Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

23 Verdadero o falso? X Un semáforo se puede inicializar con un valor del contador negativo X Un semáforo incializado con un valor mayor que 0 puede tener s.contador < 0 Si hay un thread bloqueado, entonces s.contador == 0 X Si s.contador == 0 implica que hay un thread bloqueado Si s.contador > 0 implica que no hay threads bloqueados X A través de un semáforo se puede bloquear un thread distinto al que está ejecutando A través de un semáforo se puede desbloquear un thread distinto al que está ejecutando El valor máximo de s.contador no está acotado Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 8/11

24 Interbloqueo (Deadlock) Deadlock Describe una situación en la cual hay dos o más procesos bloqueados esperándose entre sí indefinidamente Hay más de un proceso compitiendo por el mismo recurso y ambos están esperando a que el otro termine con el recurso, y ninguno de ellos lo hace Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 9/11

25 Interbloqueo (Deadlock) Se pueden intentar detectar mediante un grafo donde: Los recursos y los procesos son nodos Cuando un proceso adquiere un recurso arista del recurso al proceso Cuando un proceso solicita un recurso arista del proceso al recurso Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 10/11

26 Interbloqueo (Deadlock) Se pueden intentar detectar mediante un grafo donde: Los recursos y los procesos son nodos Cuando un proceso adquiere un recurso arista del recurso al proceso Cuando un proceso solicita un recurso arista del proceso al recurso R 2 P 2 P 1 R 1 Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 10/11

27 Interbloqueo (Deadlock) Se pueden intentar detectar mediante un grafo donde: Los recursos y los procesos son nodos Cuando un proceso adquiere un recurso arista del recurso al proceso Cuando un proceso solicita un recurso arista del proceso al recurso R 2 P 2 1) P 1 adquiere R1 P 1 R 1 Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 10/11

28 Interbloqueo (Deadlock) Se pueden intentar detectar mediante un grafo donde: Los recursos y los procesos son nodos Cuando un proceso adquiere un recurso arista del recurso al proceso Cuando un proceso solicita un recurso arista del proceso al recurso R 2 P 2 1) P 1 adquiere R1 2) P 2 adquiere R 2 P 1 R 1 Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 10/11

29 Interbloqueo (Deadlock) Se pueden intentar detectar mediante un grafo donde: Los recursos y los procesos son nodos Cuando un proceso adquiere un recurso arista del recurso al proceso Cuando un proceso solicita un recurso arista del proceso al recurso R 2 P 2 1) P 1 adquiere R1 2) P 2 adquiere R 2 3) P 1 solicita R 2 P 1 R 1 Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 10/11

30 Interbloqueo (Deadlock) Se pueden intentar detectar mediante un grafo donde: Los recursos y los procesos son nodos Cuando un proceso adquiere un recurso arista del recurso al proceso Cuando un proceso solicita un recurso arista del proceso al recurso R 2 P 2 1) P 1 adquiere R1 2) P 2 adquiere R 2 3) P 1 solicita R 2 4) P 2 solicita R 1 P 1 R 1 Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 10/11

31 Filo sofos Cenando (dining philosophers) Guillermo Roma n, UPM CC: Sema foros 11/11

32 Filósofos Cenando (dining philosophers) F 1 R 5 R 1 F 5 F 2 R 4 R 2 F 4 F 3 R 3 Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 11/11

33 Filósofos Cenando (dining philosophers) F 1 R 5 R 1 F 5 F 2 R 4 R 2 F 4 F 3 R 3 Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 11/11

34 Filósofos Cenando (dining philosophers) F 1 R 5 R 1 F 5 F 2 R 4 R 2 F 4 F 3 R 3 Guillermo Román, UPM CC: Semáforos 11/11