Sistemas Concurrentes: el problema de la exclusi

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Sistemas Concurrentesel problema de la
exclusión mutua

• I.T. Informática de Sistemas
• Curso 2002-2003

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Bibliografía

• Principles of Concurrent and Distributed
  Programming
• M. Ben-Ari. Prentice Hall, 1990
• Capítulo 3
• Sistemas Operativos
• A. Silberschatz, P. Galvin. Addison Wesley
  Longman, 1999
• Capítulo 6

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Modelo del sistema

• N procesos intentan acceder a un recurso
  compartido en un bucle infinito
• loop
• Sección_No_Crítica
• Pre_Protocolo
• Sección_Crítica
• Post_Protocolo
• end loop
• Nunca puede haber más de un proceso en la sección
  crítica (exclusión mutua)
• Los pre y post protocolos serán algoritmos para
  garantizar que se cumple la exclusión mutua

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Requisitos de la solución, según Ben-Ari

• Siempre se debe cumplir la exclusión mutua.
• Un proceso puede detenerse en su sección no
  crítica, sin que afecte a los demás procesos.
• No pueden aparecer interbloqueos.
• No puede haber inanición si un proceso declara
  entrar en s.c., terminará entrando.
• Progreso si no hay contención si un solo proceso
  quiere entrar en s.c., debe poder entrar sin más.

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Requisitos de la solución, según Peterson

• Exclusión mutua
• Progreso si ningún proceso está en sección
  crítica y hay procesos que desean entrar en su
  s.c., sólo estos últimos participarán en la
  decisión y ésta se tomará en un tiempo finito.
• Espera limitada hay un límite para el número de
  veces que otros procesos pueden adelantarse a un
  proceso que quiere entrar en s.c.

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Primer intento variable turno
turno integer range 1..2 1

• loop
• SNC1
• loop exit when turno1 end loop
• SC1
• turno2
• end loop

• loop
• SNC2
• loop exit when turno2 end loop
• SC1
• turno1
• end loop

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Discusión del primer intento

• Garantiza exclusión mutua?
• Está libre de interbloqueo?
• Está libre de inanición?
• Garantiza el progreso si no hay contención?
• qué pasa si P2 muere en su sección no crítica ?

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Segundo intento avisadores
flag1,flag2 boolean true

• loop
• SNC1
• loop exit when flag2 end loop
• flag1false
• SC1
• flag1true
• end loop

• loop
• SNC2
• loop exit when flag1 end loop
• flag2false
• SC2
• flag2true
• end loop

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Discusión del segundo intento

• Garantiza el progreso si no hay contención?
• Garantiza exclusión mutua ?
• qué pasa con esta secuencia ?
• P1 encuentra flag2 a true en el bucle
• P2 encuentra flag1 a true en el bucle
• P1 pone flag1 a false
• P2 pone flag2 a false
• P1 entra en su sección crítica
• P2 entra en su sección crítica

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Tercer intento
flag1,flag2 boolean true

• loop
• a1 SNC1
• b1 flag1false
• c1 loop exit when flag2 end loop
• d1 SC1
• e1 flag1true
• end loop

• loop
• a2 SNC2
• b2 flag2false
• c2 loop exit when flag1 end loop
• d2 SC2
• e2 flag2true
• end loop

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Demostración de la exclusión mutua

• flag1false ? at(c1) V at(d1) V at(e1)
• flag2false ? at(c2) V at(d2) V at(e2)
• (at(d1) ? at(d2))

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Pero, qué pasa con esta secuencia?

• P1 pone flag1 a false
• P2 pone flag2 a false
• P1 se queda esperando en su bucle
• P2 se queda esperando en su bucle

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Algoritmo de Dekker
C1, C2 Integer range 0..1 1 Turn Integer
range 1..2 1
loop SNC2 C2 0 loop exit
when C11 if Turn1 then C2 1
loop exit when Turn2 end
loop C2 0 end if end
loop SC2 C2 1 Turn 1 end loop

• loop
• SNC1
• C1 0
• loop
• exit when C21
• if Turn2 then
• C1 1
• loop
• exit when Turn1
• end loop
• C1 0
• end if
• end loop
• SC1
• C1 1
• Turn 2
• end loop

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Soluciones hardware

• Instrucciones atómicas test-and-set ó SWAP.
• Permiten evaluar y asignar un valor a una
  variable de forma atómica.
• test-and-set(B) Pone B a true y devuelve el
  antiguo valor de B.
• SWAP(A,B) Intercambia los valores de A y B.
• Si disponemos de estas instrucciones, se
  simplifica muchísimo el problema de la sección
  crítica, sobre todo para N procesos.

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Soluciones hardware
SWAP Temp A A B B A
TEST_AND_SET Li C C1 1
Li Integer range 0..1 0 loop SNCi
loop Swap(C,Li) exit when Li1 end
loop SCi Swap(C,Li) end loop

• Li Integer range 0..1
• loop
• SNCi
• loop
• exit when
• Test_and_Set(Li)
• exit when Li0
• end loop
• SCi
• C 0
• end loop