1x1 - Escuela Superior de Informática (UCLM)

Escuela Superior de InformáticaÍndice●Introducción● Concurrencia en Ada 95●●Objetos protegidosMonitoresF.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 2

Escuela Superior de InformáticaIntroducción●Los semáforos:– Son variables globales– Son engorrosos●En algunas implementaciones usan espera activa– Conceptualmente de bajo nivel●●●El paso de mensajes:FlexiblesEscalan mal y son fuente de problemas– No modela, de forma natural, el acceso a un recursocompartidoF.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 3

Escuela Superior de InformáticaIntroducción●●●●Semáforos, segmentos de memoria compartida, pasode mensajes, son llamadas al sistema operativoExisten lenguajes que no necesitan del sistemaoperativo y que implementan nuevos mecanismosExisten mecanismos más avanzados y de alto nivelEn este tema, vamos a estudiar:– Ada 95 y su modelo de tareas– Objetos protegidos– MonitoresF.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 4

Escuela Superior de InformáticaAda95●Diseñado para construir sistemas de tiempo realcríticos muy fiables– Estructuras propias del lenguaje para:●Concurrencia●Sincronización●Tiempo Real● Tres versiones 83, 95 y 2005– Introducen necesidades expresadas por la industria– Se evalúa el lenguaje cada 10 años aproximadamenteF.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 5

Escuela Superior de InformáticaTareas●Una tarea es un proceso con interfaz y se declara:task type T;task body T isa:Duration := Duration(4);ID_T:Task_Id := Null_Task_Id;beginID_T := Current_Task;loopdelay a;Put("Soy la tarea ");Put_Line(Image(ID_T));end loop;end T;F.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 6

Escuela Superior de InformáticaLanzamiento●●●Para definir una nueva tarea, basta con definir unavariable del tipo tareaSe activa de forma automática al llegar al comienzodel procedimiento donde se declaraEl procedimiento espera a sus tareaswith Ada.Text_IO; use Ada.Text_IO;with Ada.Task_Identification;use Ada.Task_Identification;procedure tareas is–- Aquí va la definición de la transparencia anteriorF:T; -- variable de tipo T tarea nuevaX:T; -- Otra tareabeginnull;end tareas;F.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 7

Escuela Superior de InformáticaTareas●●●Se pueden crear tareas dinámicas mediante punteros(access) y la sentencia newExisten atributos asociados a las tareas, entre otros– Variable_Tarea'Callable indica falso si la tarea estácompletada o terminada, en otro caso (ejecutándose osuspendida), verdadero.– Variable_Tarea'Terminated indica verdadero si la tareaha terminado.Para terminar abortF.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 8

Escuela Superior de InformáticaSincronización entre tareas, citas●●●●Se declara en la especificación:task T isentry E(N: Integer);end;Llamada desde otra tarea:T.E(6);Bloqueante tanto en llamada como en ejecución.Hay que definir el cuerpo de la entrada (accept) en elcuerpo de la tarea. Cuando la tarea llega a ese punto,se bloquea hasta que alguien la llame.accept E (N: Integer) do-- Secuencia de sentencias.end E;Punto de entrada,con argumentos comoun procedimientoF.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 9

Escuela Superior de InformáticaBuffertask Buffer isentry Escribir (Elem: TElemeto);entry Leer (Elem: out TElemento);end Buffer;task body Buffer isEvita que nosquedemos bloqueadosen un sólo acceptElemLocal: TElemento;beginloopselectaccept Escribir (Elem: TElemento) doElemLocal:= Elem; -- Guarda el elemento.end Escribir;oraccept Leer (Elem: out TElemento) doElem := ElemLocal; -- Devuelve el elemento.end Escribir;end select;end loop;end Buffer;F.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 10

Escuela Superior de InformáticaBuffer N elementosselectwhen nDatos < N =>accept escribir(D: in Dato) doX(i) := D;end escribir;i := i mod N+1;nDatos := nDatos + 1;orwhen nDatos > 0 =>accept leer(D: out Dato) doD := X(j);end leer;j := j mod N+1nDatos := nDatos – 1end selectFuente: http://webdiis.unizar.es/~ezpeleta/lib/exe/fetch.php?media=misdatos:pc:introada.pdfF.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 12

Escuela Superior de InformáticaObjetos protegidos●●●Tipo específico de Ada:– Permite definir estructuras complejas privadas– Que se acceden mediante procedimientos, funciones oentradas.Se pueden definir guardas o barreras en lasdefiniciones de las entradas– Más fáciles de entender e implementarUna guarda o barrera es una condición que se debecumplir para que el proceso entre en el procedimiento– Exclusión mutua en la llamada al procedimiento– Bloqueos en la guarda.F.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 13

Escuela Superior de InformáticaObjetosprotegidos: Ada 95●Implementación en Ada– Procedimientos, funciones y entradas– Son elementos del lenguaje, no llamadas al sistemaoperativo.– Procedimientos proporcionan exclusión mutua– Funciones permiten acceso concurrente●●Para operaciones de sólo lecturaMantienen la exclusión mutua con los procedimientos– E.j. leo de forma concurrente pero la escritura enexclusión mutua.– Entradas son procedimientos con barreras booleanas●Exclusión mutua y además la condición de la barreraF.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 14

Escuela Superior de InformáticaFilósofos con objetos protegidosFuente: http://es.wikibooks.org/wiki/Programacion_en_Ada/Tareas/EjemplosF.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 15

Escuela Superior de InformáticaTipo protegido Cubierto: declaraciónpackage Cubiertos isEncapsulacióntype Cubierto is limited private;procedure Coger(C: in out Cubierto);procedure Soltar(C: in out Cubierto);Procedimientospúblicosprivatetype Status is (LIBRE, OCUPADO);protected type Cubierto(Estado_Cubierto: Status := LIBRE) isentry Coger;entry Soltar;privateEstado: Status := Estado_Cubierto;end Cubierto;end Cubiertos;TipoprotegidoFuente: http://es.wikibooks.org/wiki/Programacion_en_Ada/Tareas/EjemplosF.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 16

Escuela Superior de InformáticaTipo protegido Cubierto: cuerpopackage body Cubiertos isprocedure Coger (C: in out Cubierto) isbeginC.Coger;end Coger;procedure Soltar (C: in out Cubierto) isbeginC.Soltar;end Soltar;protected body Cubierto isentry Coger when Estado = LIBRE isbeginEstado := OCUPADO;end Coger;entry Soltar when Estado = OCUPADO isbeginEstado := LIBRE;end Soltar;Tipo protegidoend Cubierto;end Cubiertos;F.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 17

Escuela Superior de InformáticaFilósofo-- Esto es un puntero en Ada 95type Pcubierto is access Cubiertotask type TFilosofo(Id: Character;Cubierto1: PCubierto;Cubierto2: PCubierto);task body TFilosofo isprocedure Comer isbeginCoger(Cubierto1.all);Coger(Cubierto2.all);Put(Id & "c ");delay 1.0; -- Comiendo...Soltar(Cubierto2.all);Soltar(Cubierto1.all);end Comer;El objeto protegidose encarga de la gestiónde concurrenciaF.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 18

Escuela Superior de InformáticaFilósofoprocedure Pensar isbeginPut(Id & "p ");delay 3.0; -- Pensando...end Pensar;beginloopComer;Pensar;end loop;end TFilosofo;F.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 19

Escuela Superior de InformáticaModelado del problemabeginPut("Introduce el numero de cubiertos: ");Get(Num_Cubiertos); New_line;declaretype PTFilosofo is access TFilosofo;P: PTFilosofo;C: Character := 'A';Cuberteria: array (1..Num_Cubiertos) of PCubierto;beginfor i in 1..Num_Cubiertos loopCuberteria(i) := new Cubierto;end loop;for i in 1..Num_Cubiertos-1 loopP := new TFilosofo(C, Cuberteria(i),Cuberteria(i+1));C := Character'Succ(C);end loop;P := new TFilosofo(C, Cuberteria(1),Cuberteria(Num_Cubiertos));end;end Problema_Filosofos;Creamos loscubiertosCreamos losfilósofosF.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 20

Escuela Superior de InformáticaLas barreras booleanas●¿Cuándo se evalúa una barrera para saber si se hacambiado su estado?– Importante para saber si se desbloquean las tareasbloqueadas en ella.– Se evalúan siempre que:➢●●Una nueva tarea evalúa la barrera y ésta hacereferencia a una variable o atributo que podríahaber cambiado desde que la barrera fue evaluadapor última vez.Una tarea abandona un procedimiento o entrada yhay tareas bloqueadas en barreras que referencian avariables o atributos que podrían haber cambiadodesde que la barrera fue evaluada por última vez.No se pueden usar variables globales en las barrerasF.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 21

Escuela Superior de InformáticaMonitores●●Un monitor es un conjunto de procedimientos queproporciona acceso a un recurso compartido enexclusión mutua.– Los programadores que utilizan el monitor no sepreocupan de forma directa de la exclusión mutua.Cada monitor tiene una cola asociada:– Cuando dos procesos invocan un mismo método delmonitor,●●El código de acceso del monitor bloquea uno de ellos– Generalmente siguiendo una política FIFOLos procesos en espera se bloquean.– No hay espera activa.F.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 22

Escuela Superior de InformáticaMonitores●Sólo un proceso puede estar activo en cada momento– La exclusión mutua la genera el compilador●●Generalmente mediante semáforos.A veces es necesario que un proceso se bloqueedentro del monitor.– Ejemplo: Productor/Consumidor●●Productor inserta un elemento pero el buffer estállenoCon la semántica anterior se produciría uninterbloqueo ya que los consumidores no puedenacceder al monitor.F.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 23

Escuela Superior de InformáticaMonitores: variables de condición●●Se definen las variables de condición– Sobre las cuales los procesos realizan operaciones waity signal– Ejecuta wait sobre una variable de condición si ve queno puede seguir, y se bloquea.– Otro proceso puede entrar en el monitor.– El proceso se desbloquea con con un signal sobre lavariable de condiciónSe asocia una variable de condición sobre cualquierseñal que nos permita bloquearnos/desbloquearnos.– Por ejemplo, variable espacio_libre en el productorconsumidor.F.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 24

Escuela Superior de InformáticaMonitores●●●●Se puede simular y encapsular su funcionamientomediante semáforos y/o paso de mensajes.Poco éxito en implementaciones nativas en lenguajes– Pascal concurrente, Modula-2, Modula-3 y JavaLas variables de condición presentan los mismosdefectos que los semáforosImplementaciones– Los objetos protegidos de Ada pueden considerarsemonitores donde las variables de condición sólopueden ser booleanas– Con mutex y variables de condición se puede simularsu funcionamiento en POSIX usando pthreads.F.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 25

Escuela Superior de InformáticaBibliografía● Tareas Ada (BURNS 7.3.6) (BURNS 9.3.2)● Monitores (BURNS 8.6)● Objetos Protegidos (BURNS 8.7)F.J. Villanueva Otros mecanismos de sincronizaciónPág 26