Sin t

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Interacción entre Tareas
Dr. Pedro Mejía Alvarez Sección de
Computación. CINVESTAV-IPN
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Indice

• Comunicación y Sincronizacion
• Comunicación con datos comunes
• Comunicación mediante mensajes
• Problemas en la Interacción entre tareas.
• Inversión de Prioridad
• Protocolos.

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Interacción entre tareas

• En la mayoría de los sistemas de interés
  práctico las
• tareas interaccionan mediante
• datos comunes (protegidos)
• mensajes
• señales
• La interacción puede darse entre tareas con
  distintas
• prioridades.
• El acceso a datos comunes debe protegerse.
• El uso de mensajes se produce a traves de
  buzones.
• El uso de señales se produce a traves de
  semáforos
• En todos estos casos puede ocurrir que una
  tarea
• tenga que esperar un suceso de otra menos
• prioritaria

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Comunicación y Sincronización

• Raras veces los procesos de un sistema son
• independientes unos de otros. Mas a menudo,
  cooperan
• para un fin común o compiten por la
  utilización de los
• recursos.
• Para ello, es necesario realizar operaciones de
• comunicación y sincronización entre procesos.
• Dos procesos se comunican cuando hay una
  transferencia de
• información de uno a otro.
• Dos procesos estan sincronizados cuando hay
  restricciones
• en el orden en que se ejecutan sus acciones.
• Los dos conceptos estan relacionados.
• Hay distintas formas de abordar el problema
• Datos comunes.
• Mensajes.

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Comunicacion entre procesos mediante Buzones
6
Coordinacion entre procesos mediante semaforos
7
Datos en memoria compartida utilizados por varios
procesos
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Comunicacion con datos comunes

• En un sistema monoprocesador, la forma mas
  directa
• de comunicación entre dos o mas procesos
  consiste
• en compartir datos comunes.
• El acceso incontrolado a variable comunes
• Puede producir resultados anomalos.
• Se dice que hay una condicion de carrera cuando
• el resultado de la ejecucion depende del orden
  en
• que se intercalan las instrucciones de dos o
  mas
• procesos.
• Se trata de una situacion que hay que evitar

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Ejemplo
A
B
Incrementar Contador LDA contador INC STA
contador
Incrementar Contador LDA contador INC STA
contador
Contador 0

• El resultado final puede ser 1 o 2
• Depende de las velocidades relativas de los
  procesos.
• Para evitar este problema hay que asegurar que
  las
• Operaciones con variable comunes sean atómicas.
• Deben de usarse mecanismos de exclusión mutua
  (p.ej. Semàforos)

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Comunicacion mediante mensajes

• Las tareas se pueden comunicar y sincronizar
• mediante mensajes.
• Esta forma de comunicacion no necesita de
  memoria
• comun.
• Es posible utilizar buzones como mencanismo de
• comunicación.
• Hay tres aspectos de interes
• Sincronizacion.
• Identificacion del proceso emisor y receptor.
• Estructura de los mensajes

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Diagrama de secuencia de mensajes

• Representan la interacción
• entre procesos mediante
• el intercambio de mensajes
• El tiempo va hacia abajo

B
A
B
send
receive
Buzón
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Sincronización en el envío de mensajes

• El proceso receptor siempre espera si el mensaje
• no ha llegado todavia.
• Para el proceso emisor hay tres modelos basicos
• Comunicación asíncrona el emisor continua su
  ejecución.
• Comunicación síncrona (cita) el emisor espera a
  que
• el receptor reciba el mensaje.
• Invocación remota (cita extendida) el emisor
  espera a que
• el receptor reciba el mensaje, y la respuesta
  de éste.

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Comunicación Asíncrona

• El numero de mensajes que
• pueden enviarse depende del
• tamaño del buzón.
• El emisor puede saturar el
• buzón (si no hay receptcion) y
• hasta entonces bloquearse.
• El receptor puede bloquearse si
• el buzón se encuentra vacio.

A
B
send
Buzón
receive
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Comunicación Síncrona

• El buzón acepta solo un mensaje
• Al enviar un mensaje el emisor
• espera (bloqueado) hasta que el
• receptor ha recibido el mensaje.
• Lo mismo ocurre cuando el
• receptor ejecuta el receive primero.

A
B
send
Buzón
receive
mensaje
A send(m) receive (ack)
B receive(m) send (ack)
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Invocación Remota

• El buzón acepta solo un mensaje
• Al enviar un mensaje el emisor
• espera (bloqueado) hasta que el
• receptor ha recibido el mensaje.
• Lo mismo ocurre cuando el
• receptor ejecuta el receive primero.

A
B
send
mensaje
receive
bloqueo
reply
A s_send(m) s_receive (ack)
B s_receive(m) preparar reply s_send(r)
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Estructura de los mensajes

• El mensaje podria llevar los siguentes campos
• Encabezado.
• Identificador del emisor.
• Identificador del receptor.
• Longitud del mensaje
• Mensaje.
• Campo de ack.
• Campo de seguridad
• El contenido del mensaje deberia poder ser de
  cualquier
• tipo.

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Identificación del emisor y el receptor

• Identificación directa o indirecta
• Directa el emisor identifica explicitamente al
  receptor
• send mensaje to proceso
• Indirecta se utiliza un intermediario (buzón,
  canal,
• tubería, etc)
• send mensaje to buzón
• Simetria
• Comunicacion simétrica el emisor identifica al
  receptor
• y viceversa.
• send mensaje to proceso (buzón)
• receive mensaje from proceso (buzón)
• Comunicacino Asimétrica el receptor acepta
  mensajes
• de cualquier emisor o buzón.

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Problemas con la Interacción entre tareas

• Cuando dos o mas tareas comparten datos, sen
  envian
• mensajes o se sincronizan entre si, puede
  ocurrir que
• una tarea tenga que esperar un suceso de
  otra menos
• prioritaria
• Esta situación se denomina bloqueo, y produce
  una
• inversión de prioridad indeseable
• La inversión de prioridad no se puede eliminar
• completamente, pero es posible limitar su
  duración

19
Ejemplo 1
X
Y
20
Ejemplo 1 inversión de prioridad
bloqueo
a1
ax
ay
a2
b1
by
by
b2
c1
d1
dx
dx
d2
0 2 4 6
8 10 12
14 16 18
21
Herencia de prioridad

• Una forma de reducir la duración de los
  bloqueos es
• variar dinámicamente la prioridad de las
  tareas
• Cuando una tarea está bloqueando a otra más
• prioritaria, hereda la prioridad de está
• La prioridad dinámica de una tarea es el máximo
  de
• su prioridad básica
• las prioridades de todas las tareas bloqueadas
  por ella
• La herencia de prioridad es transitiva

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Ejemplo 1 herencia de prioridad
a1
ax
ay
a2
b1
by
by
b2
c1
d1
dx
dx
d2
0 2 4 6
8 10 12
14 16 18
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Duración máxima de bloqueo

• Con el protocolo de herencia de prioridad, una
  tarea
• se puede bloquear como máximo
• una vez por cada sección crítica
• una vez por cada tarea de prioridad inferior
• La duración total máxima de los bloqueos es
• donde
• K es el número de recursos compartidos
• C es el tiempo durante el cual la
  tarea j accede al
• recurso K(0 si no usa el recurso)

j,k
24
Ejemplo 1 cálculo de bloqueo

• B C C 246
• B C 4
• B C 4
• B 0
• Una tarea puede bloquearse por recursos a los
  que no
• accede (por ejemplo, 2)
• Una tarea puede sufrir bloqueo aunque no acceda
  a
• recursos compartidos (por ejemplo, 3)
• La tarea de menor prioridad ( 4) no sufre
  bloqueo

1
2,Y
4, X
2
4, X
4, X
3
4
25
Tiempo de respuesta con bloqueos

• Cuando hay bloqueos, la ecuación del tiempo de
• respuesta queda así

La solución se obtiene mediante la relación
de recurrencia
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Protocolos de techo de prioridad

• El techo de prioridad de un recurso es la
  máxima
• prioridad de las tareas que lo usan
• El protocolo del techo de prioridad consiste
  en
• la prioridad dinámica de una tarea es el máximo
  de su
• prioridad básica y las prioridades de las
  tareas a las que
• bloquea
• una tarea sólo puede usar un recurso si su
  prioridad
• dinámica es mayor que el techo de todos los
  recursos en
• uso por otras tareas

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Ejemplo 1 techo de prioridad
a1
ax
ay
a2
by
b1
by
b2
c1
d1
dx
dx
d2
dx
0 2 4 6
8 10 12
14 16 18
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Propiedades

• Cuando se usa el protocolo del techo de
  prioridad en
• un sistema monoprocesador,
• Cada tarea se puede bloquear una vez, como
  máximo, en
• cada ciclo
• No puede haber interbloqueos
• No puede haber bloqueos encadenados
• Se consigue la exclusión mutua sin mecanismos
  de
• protección adicionales
• La duración máxima del bloqueo es ahora
• B max C
• lc(i) es el conjunto de recursos que pueden
  bloquear i

j,k
felp(f),k lc(i)
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Protocolo del techo de prioridadinmediato

• Con este protocolo, una tarea que accede a un
• recurso hereda inmediatamente el techo de
  prioridad
• del recurso
• la prioridad dinámica de una tarea es el máximo
  de su
• prioridad básica y los techos de prioridad
  de los recursos
• que usa
• Las propiedades son las mismas que las del
• protocolo del techo de prioridad, y además,
• si una tarea se bloquea, lo hace al principio
  del ciclo
• Es más fácil de implementar que el protocolo
  básico
• Es más eficiente ( menos cambios de contexto )

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Ejemplo 1 techo de prioridadinmediato
a1
ax
ay
a2
b1
by
b2
c1
d1
dx
d2
0 2 4 6
8 10 12
14 16 18
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Resumen

• Un método de planificación tiene dos partes
• un algoritmo de reparto de recursos
• un método de análisis del comportamiento
  temporal
• El método clásico se basa en un ejecutivo
  cíclico
• el análisis es inmediato (por construcción)
• es poco flexible y de bajo nivel
• Un método mejor se basa en el uso de
  prioridades fijas
• las prioridades se asignan por orden de
  período, plazos o de
• forma arbitraria
• se puede analizar el tiempo de respuesta de las
  tareas
• se pueden analizar tareas con interacción si se
  usa un protocolo
• de herencia o techo de prioridad