Sistemas Operativos. Paso de Mensajes. Direccionamiento de Mensajes. Sincronización de mensajes. Mensajes permiten: Paso de Mensajes

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1 Paso de Mensajes Sistemas Operativos Paso de Mensajes Mario Medina Mensajes permiten: Sincronización de procesos Comunicación entre procesos Aptos para: Beware of bugs in the above code; I have only proved it correct, not tried it. Cuidado con errores en el código anterior; demostré que está correcto, pero no lo he probado. Donald E. Knuth Sistemas distribuidos Sistemas multiprocesadores Sistemas monoprocesadores con memoria compartida Primitivas básicas send(dest, msg) Enviar mensaje msg a proceso destino dst receive(orig, msg) Recibir mensaje msg desde proceso origen orig Parámetros de implementación Tipo de sincronización Direccionamiento Formato de los mensajes (largo fijo, variable, etc.) Poĺıtica de las colas (FIFO, prioridades, etc.) Sistemas Operativos, Sistemas Operativos, Sincronización de mensajes Direccionamiento de Mensajes Mensajes send(dest, msg) Bloqueante Proceso se bloquea hasta que se recibe el mensaje No Bloqueante Proceso no se bloquea Mensajes receive(orig, msg) Bloqueante Proceso se bloquea hasta que se llega un mensaje No Bloqueante Proceso no se bloquea send() bloqueante, receive() bloqueante (Rendez-Vous) Combinación permite sincronización estricta entre varios procesos send() no bloqueante, receive() bloqueante Combinación más común Requiere de mensajes de respuesta para acusar recibo (ACK) Cómo especificar los procesos que envían y deben recibir Direccionamiento Directo primitivas incluyen identificador unívoco del proceso con el que se quiere comunicar Requiere conocer de antemano los procesos origen y destino Direccionamiento Impĺıcito Identificador de proceso que recibirá mensaje incluído en mensaje recibido anteriormente Direccionamiento Indirecto Mensajes se envían a un buzón ó casilla (mailbox) Este esquema desacopla al emisor y al receptor Buzones pueden ser estáticos o dinámicos Quién es el propietario del buzón? Proceso origen Proceso destino Sistema Sistemas Operativos, Sistemas Operativos,

2 Exclusión Mutua con Mensajes Port (a) One to one S n Port (b) Many to one send() no bloqueante receive() bloqueante Buzón mutex usado para asegurar exclusión mutua Buzón inicialmente tiene un mensaje En este caso, contenido del mensaje es irrelevante Proceso retira mensaje antes de entrar a sección crítica Proceso devuelve mensaje al buzón al salir de sección crítica Mailbox Mailbox Exclusión Mutua while(true) { receive(mutex, msg); /* Seccion critica */ send(mutex, msg); R n S n R n Buzón con mensajes actúa como un semáforo (c) One to many Figure 5.18 Indirect Process Communication (d) Many to many Sólo un proceso puede retirar el mensaje, y el resto se bloquea Cuando el proceso retorna el mensaje al buzón Se elige algún proceso bloqueado y éste retira el mensaje Sistemas Operativos, Productor/Consumidor usando Mensajes Productor/Consumidor con Buffer Finito usando Mensajes Requiere de un buffer (buzón) infinito Productor envía mensajes con datos al buzón Consumidor retira mensajes con datos desde el buzón Si buzón está vacío, consumidor se bloquea en espera de mensajes Productor Consumidor while(true) { while(true) { msg = producir(); recv(buzon, msg); send(buzon, msg); consumir(msg); Qué pasa si capacidad del buzón es finita? Productor necesita saber si hay espacio en el buzón para los datos Sólo consumidor sabe cuántos datos ha retirado del buzón Consumidor debe enviar esta información al productor Se requieren dos buzones! consbuzon y prodbuzon Se definen dos canales de comunicación unidireccional Productor transmite el dato a consumir en el mensaje msgprod Productor agrega mensajes con datos a consbuzon Consumidor remueve mensajes de consbuzon y envía mensajes vacíos a prodbuzon Contenido de mensajes del consumidor es irrelevante Número de mensajes en prodbuzon indica cuántos datos el consumidor puede recibir Inicialmente, prodbuzon se llena con n mensajes vacíos Si prodbuzon está vacío, productor se bloquea Si consbuzon está vacío, consumidor se bloquea Productor Consumidor while(true) { while(true) { recv(prodbuzon, msgprod); recv(consbuzon, msgcons); msgprod = producir(); consumir(msgcons); send(consbuzon, msgprod); send(prodbuzon, NULL); Para pensar: Dónde está la exclusión mutua? Sistemas Operativos, Sistemas Operativos,

3 Problema de los es/es Solución via semáforos: lectores tienen prioridad Área de datos compartida es sólo leen datos es sólo escriben datos Solución debe cumplir con reglas Cualquier número de lectores puede leer simultáneamente Sólo un escritor puede escribir en un instante dado Si un escritor está modificando datos, ningún lector puede leerlos Solución: Proteger área compartida con semáforos Inconveniente: un proceso accesa datos a la vez es no modifican los datos Permitir acceso de lectores en paralelo es tienen prioridad Si un lector tiene acceso a los datos, otros lectores pueden hacerlo también Peligro de inanición para los escritores es tienen prioridad Una vez que un escritor ha declarado su intención de escribir, nuevos procesos lectores no tienen acceso a datos Semáforo writesem controla exclusión mutua entre lectores y escritores (valor inicial: 1) Variable readcount cuenta a los lectores Semáforo x protege variable readcount Controla exclusión mutua entre lectores wait(x); wait(writesem); readcount++; WriteData(); if (readcount == 1) { signal(writesem); wait(writesem); signal(x); wait(x); readcount ; if (readcount == 0) { signal(writesem); signal(x); Sistemas Operativos, Sistemas Operativos, Solución via semáforos: escritores tienen prioridad Solución via semáforos: escritores tienen prioridad (2) Semáforo writesem controla exclusión mutua Valor inicial: 1 Semáforo readsem inhibe las lecturas mientras haya al menos un escritor que acceda a los datos Valor inicial: 1 Variable readcount cuenta a los lectores Variable writecount cuenta a los escritores Semáforo readmutex protege variable readcount Valor inicial: 1 Semáforo writemutex protege variable writecount Valor inicial: 1 Semáforo z encola a procesos lectores que intentan leer cuando hay un proceso escritor activo Valor inicial: 1 Nuevos procesos escritores tienen prioridad Procesos lectores deben esperar que todos los procesos escritores hayan terminado antes de proseguir Primer lector se bloquea en semáforo readsem es siguientes se bloquean en semáforo z wait(z); wait(writemutex); wait(readsem); writecount++; wait(readmutex); if (writecount == 1) { readcount++; wait(readsem); if (readcount == 1) { wait(writesem); signal(writemutex); wait(writesem); signal(readmutex); WriteData(); signal(readsem); signal(writesem); signal(z); wait(writemutex); writecount ; wait(readmutex); if (writecount == 0) { readcount ; signal(readsem); if (readcount == 0) { signal(writesem); signal(writemutex); signal(readmutex); Sistemas Operativos, Sistemas Operativos,

4 Solución via paso de mensajes: escritores tienen prioridad Proceso controlador Tres tipos de procesos es solicitan acceso de lectura vía mensaje a buzón readreq es solicitan acceso de escritura vía mensaje a buzón writereq Cada proceso reciben autorización de acceso en un buzón propio Identificados por readid y writeid, respectivamente Cada proceso indica fin de acceso mediante mensaje al buzón done Controlador da servicio a los mensajes de lectores y escritores Da prioridad a escritores sobre los lectores Asegura exclusión mutua entre escritores Asegura acceso paralelo de varios lectores Controlador Variable count se inicializa a algún número grande Tres casos Si count > 0, no hay escritores esperando y puede o no haber lectores activos Atender todos los mensajes en buzón done Luego, atender a los escritores que solicitan acceso Luego, atender a los lectores que solicitan acceso Si count == 0 Un escritor ha solicitado acceso a los datos y no hay lectores activos Enviar mensaje NULL a buzón del escritor Esperar su mensaje done hacer count = 100 para permitir acceso de futuros lectores Si count < 0 Un escritor ha solicitado acceso a los datos y hay lectores activos Procesar sólo mensajes de lectores en buzón done count < 0 bloquea futuros lectores hasta que count sea 0 Sistemas Operativos, Sistemas Operativos, Código de los procesos es y es msg = readid; send(readreq, msg); receive(buzon[readid], msg); msg = readid; send(done, msg); msg = writeid; send(writereq, msg); receive(buzon[writeid], msg); WriteData(); msg = writeid; send(done, msg); Controlador if (count > 0) { if (notempty(done)) { count++; else if (notempty(writereq)) { receive(writereq, writeid); count = count - 100; else if (notempty(readreq)) { receive(readreq, readid); count ; send(buzon[readid], NULL); if (count == 0) { send(buzon[writeid], NULL); count = 100; while(count < 0) { count++; Sistemas Operativos, Sistemas Operativos,

5 Problema de la barbería Una barbería tiene 3 barberos 3 sillas de barbero 1 caja registradora Un sofá para 4 personas Una sala de espera para el resto de los clientes Medidas contra incendios limitan el número de personas en la barberíaa20 Un cliente no entrará a la barbería si la capacidad está copada Una vez dentro, se sienta en el sofá si está libre, o queda de pie Un barbero libre atiende al cliente que lleva más tiempo en el sofá y el cliente que lleva más tiempo de pie se sienta en el sofá Poĺıtica FIFO impide inanición Al terminar el corte, cualquier barbero puede aceptar el pago Sólo un cliente paga a la vez Entrance Standing room area Barber chairs Sofa Figure 5.18 The Barbershop Cashier Exit Sistemas Operativos, Solución usando Semáforos Cliente de la barbería Semáforo capacidad regula el número de clientes en la barbería Valor inicial = 20 Semáforo sofá: el cliente espera por el sofá Semáforo sillabarbero: el cliente espera por una silla libre Semáforo clientelisto: barbero espera que cliente se siente Semáforo terminado: el barbero terminó su labor Semáforo dejarsilla: barbero espera que el cliente desocupe la silla Semáforo pago: el cajero espera por el pago Semáforo recibo: el cliente espera por el recibo Barbero Cajero wait(clientelisto); wait(pago); wait(coord); wait(coord); CortarPelo(); RecibirPago(); signal(coord); signal(coord); signal(terminado); signal(recibo); wait(dejarsilla); signal(sillabarbero); Cliente wait(capacidad); entrarbarbería(); wait(sofa); sentarsesofa(); wait(sillabarbero); levantarsesofa(); signal(sofa); sentarsesillabarbero(); signal(clientelisto); wait(terminado); levantarsesillabarbero(); signal(dejarsilla); pagar(); signal(pago); wait(recibo); salirbarberia(); signal(capacidad); Solución mostrada usa semáforos como señales Ojo: solución presentada no es perfecta! Sistemas Operativos, Sistemas Operativos,