Tema 4. Herramientas de Sincronización de Alto Nivel

Sistemas Operativos
Temas 4, 5 y 6
Jorge García Duque
Despacho: B-202
Tutorías: Lunes 16:00-18:00 y Martes 16:00-20:00
Sistemas Operativos. 2009-2010
Índice
• Tema 4: Herramientas de Sincronización de
Alto Nivel.
– Regiones Críticas.
– Monitores.
• Tema 5: Comunicación entre procesos.
• Tema 6: Gestión de Interbloqueo
• Resolución de cuestiones y problemas de
examen.
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Tema 4. Herramientas de
Sincronización de Alto
Nivel
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Herramientas de Sincronización de Alto Nivel
Regiones Críticas (I). Introducción
• • Objetivo: evitar los problemas de inicialización y
errores en la disposición de las sentencias wait y
signal.
Consta de una variable compartida x de cualquier
tipo, a la que sólo se puede acceder mediante la
sentencia:
REGION x DO S,
• donde S es la sección crítica donde se accede a
la variable x.
La Región Crítica garantiza el acceso en exclusión
mutua a S, y por tanto, a los datos contenidos en la
variable x.
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Regiones Críticas (II). Exclusión Mutua
Proceso P {
Proceso Q {
shared tipo x;
shared tipo x;
.................
.................
REGION x DO BEGIN
REGION x DO BEGIN
Sección Crítica;
Sección Crítica;
END;
END;
.................
.................
}
}
COBEGIN P;Q; COEND;
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Regiones Críticas (III). Exclusión Mutua
• Implementación con semáforos:
– La sentencia shared tipo x se sustituye
por: semaforo x_mutex(1);
– La sentencia REGION x DO S se sustituye
por: wait(x_mutex);
S;
signal(x_mutex);
• Problema: sólo solucionamos el problema
de la exclusión mutua.
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Regiones Críticas (IV). Condicionales
• Regiones Críticas Condicionales:
– Se añade una condición de acceso booleana B:
REGION x WHEN B DO S;
– Sólo si B es cierto se compite por el acceso en
exclusión mutua a S.
– Si B es falso, el proceso se suspende hasta que B sea
cierto y pueda competir por la exclusión mutua.
– La comprobación de B debe hacerse en exclusión
mutua por lo que sus variables involucradas deben
incluirse en la Región x;
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Regiones Críticas (V). Implementación
[shared tipo x]: semaforo x_mutex(1), x_wait(0);
int x_cuenta = 0, x_temp = 0;
[REGION x WHEN B DO S]:
wait(x_mutex);
if (NOT B) {
x_cuenta++;
signal(x_mutex);
wait(x_wait);
while (NOT B) {
x_temp++;
if (x_temp < x_cuenta) signal(x_wait);
else signal(x_mutex);
wait(x_wait);
}
x_cuenta--;
}
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Regiones Críticas (VI). Implementación
[REGION x WHEN B DO S] (cont):
S;
if (x_cuenta > 0) {
x_temp = 0;
signal(x_wait);
}
else signal(x_mutex);
• Problemas de la implementación:
– Conlleva evaluar todas las condiciones B cada vez que
un proceso accede a la sección crítica.
– Los procesos se desordenan.
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Monitores(I). Introducción
• Objetivo: aislar el código de sincronización del
código de los procesos.
S
Proceso A I
N
C.
S
I
N
C.
DATOS
S S
I
I Proceso B
N N
C. C.
Monitor: tipo abstracto de datos que garantiza el
acceso en exclusión mutua a los datos.
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Monitores(II). Introducción
• Sólo un proceso puede ejecutar simultánemente una de las
funciones de acceso (ENTRY) definidas para el Monitor.
• El Monitor puede incluir funciones internas con el objetivo de
estructurar la codificación de las funciones de acceso.
• Los procesos no pueden acceder a las funciones internas ni a los
datos del Monitor.
f1
Internas
f2
f3
f4
DATOS
Inicio()
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f5
f6
Monitores (III). Condicionales
• Se incluyen como parte de los datos del
Monitor Variables de Condición:
• Una variable de condición v consta de:
– Una cola de procesos.
– Tres funciones de acceso:
• wait(v): suspende al proceso en la cola asociada a la
variable de condición.
• signal(v): si existe algún proceso suspendido en la
cola asociada a la variable de condición se despierta el
más prioritario.
• empty(v): función boolena que retorna verdadero si
no existe ningún proceso suspendido en la cola asociada a
la variable de condición (falso en caso contrario)
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Monitores(IV). Condicionales
Monitor Semaforo
int s;
condition v;
ENTRY wait() {
inicio() {
s = N;
}
ENTRY signal() {
if (s == 0) wait(v);
else s--;
}
Proceso P {
M.wait();
S;
M.signal();
}
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if (empty(v)) s++;
else signal(v);
}
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Monitores (V). Condicionales
• • • • • Problema: cuando un proceso P despierta a otro proceso Q
suspendido sobre una variable de condición, ¡existirán dos
procesos preparados dentro del Monitor!.
Solución: como el Monitor garantiza la exclusión mutua en el
acceso a los datos, uno de los dos procesos se suspenderá
hasta que el otro abandone el Monitor (retorna o se suspende
sobre una variable de condición).
Dos posibilidades:
1. Continúa el proceso señalado (Q) y se demora el que ha
ejecutado el signal (P).
2. Continúa el proceso que ha ejecutado el signal (P) y se
demora el proceso señalado (Q).
En general, las soluciones son dependientes del tipo de Monitor.
Soluciones independientes del tipo de Monitor: después de un
signal, el proceso abandona el Monitor.
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Colas de Variables de Condición
Cola Interna
MONITOR
Internas
DATOS
Inicio()
Cola de Procesos de Entrada
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Monitores(VI). Implementación
semaforo mutex(1), next(0);
int next_count = 0;
[condition v]:
semaforo v_sem(0);
int v_count = 0;
[Monitor.f()]:
wait(mutex);
f();
siguiente(); 
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if (next_count > 0)
signal(next);
else signal(mutex);
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Monitores(VII). Implementación
[signal(v)]: Tipo 1 (cont. señalado)
if (v_count > 0) {
next_count++;
signal(v_sem);
wait(next);
next_count--;
}
[wait(v)]: Tipo 1 (cont. Señalado)
v_count++;
siguiente(); 
if (next_count > 0)
wait(v_sem);
signal(next);
v_count--;
else signal(mutex);
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