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Tema 06: Introducción a la Programación Concurrente MAESTRÍA EN INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMÁTICA ADMINISTRACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN E S.

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2 Tema 06: Introducción a la Programación Concurrente MAESTRÍA EN INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMÁTICA ADMINISTRACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN E S P G Prof: Alberto E. Cohaila Barrios

3 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? Programa Secuencial. Proceso Procesos Concurrentes. Programa y sistema concurrente Relaciones entre procesos: Competencia y Cooperación Actividades entre procesos: Sincronización y Comunicación ¿Dónde se usa la concurrencia? ¿Cómo se usa la concurrencia? Conclusiones

4 ¿Qué es la concurrencia? El paradigma de la programación concurrente Paradigma Conjunto de teorías, estándares y métodos que juntos representan una forma de ver el mundo Concurrencia Acaecimiento de varios sucesos al mismo tiempo

5 ¿Qué es la concurrencia? ParalelismoSolapamiento Simultaneidad Tiempo intervalo de tiempo ( Los sucesos se producen en un mismointervalo de tiempo ( diferentes recursos ) instante de tiempo Los sucesos se producen en el mismoinstante de tiempo intervalos de tiempo superpuestos Los sucesos se producen en intervalos de tiempo superpuestos

6 ¿Qué es la concurrencia? El paradigma de la programación concurrente se ocupa de desarrollar métodos de representación de procesos concurrentes y herramientas para especificar y verificar programas concurrentes Lenguajes que soportan concurrencia Java, PascalFC, Ada, PAD, Parallel C, OCCAM…

7 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? Programa Secuencial. Proceso Procesos Concurrentes. Programa y sistema concurrente Relaciones entre procesos: Competencia y Cooperación Actividades entre procesos: Sincronización y Comunicación ¿Dónde se usa la concurrencia? ¿Cómo se usa la concurrencia? Conclusiones

8 Programa Secuencial. Proceso Programa Secuencial Conjunto de declaraciones de datos e instrucciones (o acciones) ejecutables, escrito en un lenguaje de programación Estas instrucciones deben ejecutarse una a continuación de otra, siguiendo una secuencia determinada por un algoritmo, para resolver un cierto problema Un programa en Pascal es un programa secuencial

9 Programa Secuencial. Proceso Proceso Es la ejecución de un programa secuencial en un sistema informático Pueden existir varios procesos de un mismo programa secuencial porque se puede ejecutar el mismo programa secuencial varias veces y de forma simultánea

10 Programa Secuencial. Proceso Se puede ver a dos niveles Nivel del Sistema Operativo Programa Secuencial: Fichero ejecutable Proceso: Proceso que aparece en el sistema cuando se ejecuta un fichero ejecutable Nivel de un Programa Internamente Programa Secuencial: Fragmento de código de un programa Proceso: Ejecución de las sentencias de un fragmento de código

11 Programa Secuencial. Proceso Nivel del Sistema Operativo Programa Secuencial Proceso (Proceso Pesado)

12 Programa Secuencial. Proceso Nivel de un Programa Internamente Programa Secuencial Un conjunto de sentencias y declaración de variables Normalmente es un procedimiento o función Proceso La ejecución del procedimiento o función En un programa Pascal internamente hay solamente un único proceso En PascalFC, puede haber varios procesos internamente Proceso ligero, Hilo de Ejecución o Thread

13 Programa Secuencial. Proceso Sistema OperativoPrograma Internamente Programa Secuencial Un fichero ejecutable (.exe) Conjunto de sentencias (Procedimiento) ProcesoEjecución de un.exe Tiene memoria y usa el procesador Proceso Pesado Ejecución de un procedimiento Proceso Ligero Hilo de Ejecución Thread En este módulo nos centramos en los Programas Internamente

14 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? Programa Secuencial. Proceso Procesos Concurrentes. Programa y sistema concurrente Relaciones entre procesos: Competencia y Cooperación Actividades entre procesos: Sincronización y Comunicación ¿Dónde se usa la concurrencia? ¿Cómo se usa la concurrencia? Conclusiones

15 Procesos Concurrentes. Programa y Sistema Concurrente Procesos Concurrentes P1 y P2 se dice que son dos procesos concurrentes si la primera instrucción de uno de ellos se ejecuta entre la primera y la última instrucción del otro P1 P2 Tiempo

16 Procesos Concurrentes. Programa y Sistema Concurrente Programa Concurrente Conjunto de varios programas secuenciales, cuyos procesos pueden ejecutarse concurrentemente en un sistema informático

17 Procesos Concurrentes. Programa y Sistema Concurrente Programa Concurrente Nivel de Sistema Operativo Windows es un programa concurrente Linux es un programa concurrente MS-DOS no es un programa concurrente Nivel de Programa Internamente Un programa en Pascal no es un programa concurrente Un programa en PascalFC es un programa concurrente

18 Procesos Concurrentes. Programa y Sistema Concurrente Sistema Concurrente Sistema Informático (HW+SW) en el que es posible ejecutar varios procesos concurrentemente

19 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? Programa Secuencial. Proceso Procesos Concurrentes. Programa y sistema concurrente Relaciones entre procesos: Competencia y Cooperación Actividades entre procesos: Sincronización y Comunicación ¿Dónde se usa la concurrencia? ¿Cómo se usa la concurrencia? Conclusiones

20 Relaciones entre procesos: Competencia y Cooperación Sin relación entre procesos (Independencia) No existe ninguna relación entre los procesos (No es interesante) Con relación entre procesos (Interacción) Competencia Varios procesos deben compartir recursos comunes del sistema (procesador, memoria, disco, impresoras,…) por lo que compiten entre ellos para conseguirlo Cooperación Varios procesos deben trabajar sobre distintas partes de un problema para resolverlo conjuntamente

21 Relaciones entre procesos: Competencia y Cooperación Competencia Webcam Por ejemplo el acceso a una web-cam es un recurso de uso exclusivo por un único programa El primer programa que use la cámara la controla hasta que decida dejar de usarla Cooperación Envío de fichero por mail Por ejemplo el OpenOffice genera un fichero en disco que debe leerse posteriormente por el lector de correo para ser enviado Los procesos colaboran por medio de ficheros

22 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? Programa Secuencial. Proceso Procesos Concurrentes. Programa y sistema concurrente Relaciones entre procesos: Competencia y Cooperación Actividades entre procesos: Sincronización y Comunicación ¿Dónde se usa la concurrencia? ¿Cómo se usa la concurrencia? Conclusiones

23 Actividades entre procesos: Sincronización y Comunicación La competencia y la cooperación son relaciones de interacción entre procesos Se llevan a cabo a través de las siguientes actividades Comunicación Sincronización Sincronización condicional Exclusión mutua

24 Actividades entre procesos: Sincronización y Comunicación Comunicación Es el intercambio de información entre procesos Habitualmente cuando dos procesos cooperan entre sí se intercambian información Por ejemplo cuando un proceso quiere imprimir, envía la información al proceso encargado de la impresora

25 Actividades entre procesos: Sincronización y Comunicación Sincronización La sincronización impone restricciones a la ejecución de las sentencias de los procesos Sincronización Condicional Uno o más procesos deben esperar a que se cumpla cierta condición antes de continuar con su ejecución Otro proceso es el que establece esa condición Por ejemplo para enviar un fichero por mail, el proceso que tiene que enviar el fichero se tiene que esperar hasta que éste haya sido generado por el OpenOffice

26 Actividades entre procesos: Sincronización y Comunicación Sincronización La sincronización impone restricciones a la ejecución de las sentencias de los procesos Exclusión Mutua Varios procesos compiten por un recurso común de acceso exclusivo Sólo uno de los procesos puede estar accediendo al recurso a la vez y los demás tienen que esperar Por ejemplo en el caso de la webcam, sólo un proceso puede acceder a la cámara a la vez

27 Interacción entre procesos: Sincronización y Comunicación Relaciones entre procesos Competencia Cooperación Actividades entre procesos Sincronización Comunicación Sincronización Condicional Exclusión Mutua Se lleva a cabo mediante A veces necesita Hay diferentes tipos

28 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? ¿Dónde se usa la concurrencia? Arquitecturas físicas Asignación de Procesos a Procesadores ¿Cómo se usa la concurrencia? Conclusiones

29 ¿Dónde se usa la concurrencia? Arquitecturas de Sistemas Concurrentes En este módulo no vamos a entrar en detalles de implementación Pero vamos a dar una visión general de las diferentes arquitecturas de sistemas concurrentes

30 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? ¿Dónde se usa la concurrencia? Arquitecturas físicas Asignación de Procesos a Procesadores ¿Cómo se usa la concurrencia? Conclusiones

31 Arquitecturas Físicas Sistemas monoprocesador Sistemas con un único procesador Los PCs de sobremesa habituales hace pocos años Procesador Memoria Entrada/Salida Bus

32 Arquitecturas Físicas Sistemas multiprocesador muy acoplados Varios procesadores en la misma máquina Usado en servidores Procesador Entrada/Salida Procesador Memoria Común Procesador Memoria Local Bus Memoria Común

33 Arquitecturas Físicas Sistemas multiprocesador muy acoplados Actualmente se están integrando varios procesadores en un único chip A los procesadores internos se les denomina cores o núcleos de ejecución Al chip se le denomina procesador Todos los PCs actuales tienen esta arquitectura Procesador Memoria Entrada/Salida Core Bus

34 Arquitecturas Físicas Sistemas multiprocesador poco acoplados Redes de Ordenadores (Granjas de Ordenadores, LAN, Internet…) Sistemas Distribuidos Servidor Web Red Móvil Consola PC

35 Arquitecturas Físicas Modelos de Concurrencia Memoria compartida Los procesos pueden acceder a una memoria común Existen variables compartidas que varios procesos pueden leer y escribir Paso de mensajes Los procesos se intercambian mensajes entre sí Un proceso envía mensaje y otro proceso lo recibe

36 Arquitecturas Físicas Modelos de Concurrencia Arquitecturas de Sistemas Concurrentes Paso de Mensajes Memoria Compartida Monoprocesador Multiprocesador Muy Acoplado Multiprocesador Poco Acoplado (Red) X

37 Arquitecturas Físicas Vamos a centrarnos en el modelo de concurrencia de memoria compartida El modelo de concurrencia de paso de mensajes se estudia en asignaturas de sistemas distribuidos (aplicaciones en red)

38 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? ¿Dónde se usa la concurrencia? Arquitecturas físicas Asignación de Procesos a Procesadores ¿Cómo se usa la concurrencia? Conclusiones

39 Asignación de Procesos a Procesadores Un procesador sólo puede ejecutar un proceso a la vez ¿Qué ocurre si hay que ejecutar más procesos que los procesadores disponibles?

40 Asignación de Procesos a Procesadores Multiproceso Cada proceso se ejecuta en su propio procesador en un sistema de memoria compartida Procesador1 Entrada/Salida Procesador3 Memoria Común Proc1Proc2Proc3 Procesador2 Bus

41 Asignación de Procesos a Procesadores Procesamiento Distribuido Cada proceso se ejecuta en su propio procesador dentro de cada máquina de una red (Programa distribuido) Máquina 1 Router Máquina 3 Proc1Proc2Proc3 Máquina 2 Impresora Red

42 Asignación de Procesos a Procesadores Paralelismo Real Se obtiene cuando hay un procesador por cada proceso Se consigue un aumento de la velocidad de ejecución del programa con respecto a la ejecución secuencial Paralelismo Real Ejecución Secuencial Proc1 Proc2 Proc1 Proc2 t t

43 Asignación de Procesos a Procesadores Multiprogramación Varios procesos se ejecutan en el mismo procesador Cada proceso se ejecuta durante un tiempo y luego pasa a ejecutarse el siguiente proceso (Compartición de tiempo) Entrada/SalidaMemoria Proc2Proc3 Procesador Bus Proc1

44 Asignación de Procesos a Procesadores Paralelismo Simulado (Pseudoparalelismo) Se obtiene cuando varios procesos comparten el mismo procesador El usuario percibe una sensación de paralelismo real No se consigue un aumento de la velocidad de ejecución del programa con respecto a la ejecución secuencial Paralelismo Simulado Proc1 Proc2 Proc1 Proc2 Ejecución Secuencial t t

45 Asignación de Procesos a Procesadores Paralelismo Real Aumenta la velocidad de ejecución Paralelismo Simulado No aumenta la velocidad de ejecución En un sistema informático lo más habitual es que se use la Multiprogramación aunque disponga de varios procesadores, porque en la mayoría de las ocasiones hay más procesos que procesadores Cada procesador ejecuta un proceso Multiproceso Procesamiento Distribuido Cada procesador ejecuta varios procesos Multiprogramación

46 Asignación de Procesos a Procesadores Multiproceso Aumenta la velocidad de ejecución Multiprogramación No aumenta la velocidad de ejecución Incluso puede disminuir debido a que el reparto del procesador implica un coste adicional ¿Para qué sirve entonces la multiprogramación?

47 Asignación de Procesos a Procesadores Ventajas de la Multiprogramación Dar un servicio interactivo a varios usuarios simultáneamente Servidor Web Atiende a varios cientos de usuarios a la vez Messenger o Pidgin Permite conversaciones simultáneas Pestañas Firefox o Internet Explorer Permite descargar simultáneamente varias páginas (cada una en una pestaña) mientras navegamos

48 Asignación de Procesos a Procesadores Ventajas de la Multiprogramación Ciertos tipos de aplicaciones se implementan de manera natural con programación concurrente Aplicaciones gráficas El programa realiza un proceso en segundo plano y también permite seguir trabajando Eclipse compila en segundo plano Intercambio entre pares P2P (Emule) Se realizan descargas simultáneas de múltiples usuarios para completar el mismo fichero

49 Asignación de Procesos a Procesadores Ventajas de la Multiprogramación Aprovecha mejor el procesador en procesos que se quedan esperando Un proceso se puede bloquear a la espera de un dato del disco duro (entrada/salida) Con Multiprogramación se puede aprovechar el procesador mientras los procesos esperan Paralelismo Simulado Ejecución Secuencial Proc1 Proc2 Proc1 Proc2 Proceso Bloqueado

50 Asignación de Procesos a Procesadores Ventajas de la Multiprogramación Los sistemas operativos actuales usan la multiprogramación para ejecutar varios procesos simultáneamente Permite: Tener varios programas abiertos Imprimir o copiar ficheros mientras se navega, etc…

51 Asignación de Procesos a Procesadores Conclusión: La multiprogramación tiene ventajas Aplicaciones para varios usuarios Aplicaciones que realizan varias tareas a la vez Sistemas operativos con muchas aplicaciones Aprovechamiento del procesador cuando los procesos necesitan esperar

52 Asignación de Procesos a Procesadores Hay muchas arquitecturas diferentes en las que se puede ejecutar un programa concurrente Para hacer programas concurrentes no vamos a pensar en si existe multiproceso o existe multiprogramación Usamos simplificaciones o abstracciones que nos ayudan a centrarnos en los procesos y sus relaciones, y nos evitan pensar en la arquitectura del sistema

53 Asignación de Procesos a Procesadores Esta abstracción permite tener en cuenta únicamente las interacciones entre los procesos derivadas de sus relaciones de competencia y cooperación No nos tenemos que preocupar de si hay paralelismo real o paralelismo simulado 1ª Abstracción de la Programación Concurrente Se considera que cada proceso se ejecuta en su propio procesador

54 Asignación de Procesos a Procesadores Tenemos que pensar lo que ocurriría con nuestro programa si el procesador de cada proceso tuviese una velocidad igual También tenemos que pensar que pasaría si un procesador fuese muy lento y otro procesados fuese muy rápido Pensar en todas las posibles situaciones permite que nuestros programas concurrentes funcionen correctamente en cualquier tipo de arquitectura y sistema 2ª Abstracción de la Programación Concurrente Se ignoran las velocidades relativas de cada proceso, lo que posibilita considerar sólo las secuencias de instrucciones que se ejecutan

55 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? ¿Dónde se usa la concurrencia? ¿Cómo se usa la concurrencia? PascalFC El orden de las instrucciones Instrucciones atómicas Intercalación Indeterminismo Conclusiones

56 PascalFC Para estudiar el desarrollo de programas concurrentes vamos a usar PascalFC Es un lenguaje de programación basado en una simplificación de Pascal Está orientado a la enseñanza de la concurrencia Desarrollado por Alan Burns and Geoff Davies en la Universidad de York PascalFC está incluido en EclipseGavab

57 PascalFC Para hacer un programa concurrente hay que hacer dos cosas A) Crear un código que podrá ser ejecutado concurrentemente con otros códigos (crear el programa secuencial) B) Iniciar la ejecución de ese código (crear el proceso)

58 PascalFC program prog; process type pr1(par:real); begin... end; process type pr2(par:real); begin... end; var... begin... end. prog.pas Se crea con las palabras reservadas process type La sintaxis es igual a la de un procedimiento en Pascal Puede recibir parámetros, declarar variables locales… En PascalFC lo llamaremos tipo de proceso Programa Secuencial

59 PascalFC Hay que declarar una variable con el tipo del proceso Se hace la llamada con el nombre de la variable entre cobegin coend Se ejecutan concurrentemente todos los procesos Es posible crear varios procesos del mismo tipo de proceso program prog; process type pr1(par:real); begin... end; process type pr2(par:real); begin... end; var vPr1:pr1; vAPr2,vBPr2:pr2; begin cobegin vPr1(5.0); vAPr2(7.8); vBPr2(7.5); coend; end. Creación de un proceso prog.pas

60 PascalFC cobegin coend Ejecuta de forma concurrente las llamadas a los procesos entre ellas No importan el orden en el fichero Se crea un proceso por llamada Termina cuando han terminado todos los procesos

61 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? ¿Dónde se usa la concurrencia? ¿Cómo se usa la concurrencia? PascalFC El orden de las instrucciones Instrucciones atómicas Intercalación Indeterminismo Conclusiones

62 El orden de las instrucciones En un programa secuencial, todas las instrucciones están ordenadas Está claro el orden en el que se van ejecutando las instrucciones y la forma en la que van cambiando los valores de las variables En la programación concurrente, diferentes ejecuciones del mismo programa pueden ejecutar las sentencias en orden diferente

63 El orden de las instrucciones program maxmin; procedure min(var min,n1,n2:real); begin if n1 < n2 then min:=n1 else min:=n2; end; procedure max(var max,n1,n2:real); begin if n1 > n2 then max:=n1 else max:=n2; end; var n1,n2,nmax,nmin:real; begin n1:=3; n2:=5; (*I0*) min(nmin,n1,n2); (*I1*) max(nmax,n1,n2); (*I2*) writeln(nmax,nmin) (*I3*) end. I0 I1I2I3 La Relación de Precedencia (->) entre las instrucciones define una relación de orden I0 -> I1 -> I2 -> I3 Programación Secuencial Orden Total Diagrama de Precedencia

64 El orden de las instrucciones Existe determinismo Al ejecutar el programa con los mismos datos de entrada se obtienen los mismos resultados Hay veces que no es necesario que una sentencia sea ejecutada antes que otra, se podrían ejecutar en cualquier orden ¿Cómo lo podríamos especificar en el código? Programación Secuencial Orden Total I0 I1I2I3 Diagrama de Precedencia

65 El orden de las instrucciones program maxmincon; process type min(var min,n1,n2:real); begin if n1n2 then max:=n1 else max:=n2; end; var n1,n2,nmax,nmin:real; pMax:max, pMin:min; begin n1:=3; n2:=5; (*I0*) cobegin pMin(nmin,n1,n2); (*I1*) pMax(nmax,n1,n2); (*I2*) coend; writeln(nmax,nmin) (*I3*) end. I0 I1 I2 I3 I0->I1, I0–>I2, I1->I3,I2->I3 I1 || I2 Programación Concurrente Orden Parcial Diagrama de Precedencia

66 El orden de las instrucciones Programación Concurrente Orden Parcial I0 I1 I2 I3 No existe determinismo No se restringe el orden de ejecución de I1 e I2. Podrían ejecutarse en cualquier ordena o de forma concurrentemente I1 || I2 Diagrama de Precedencia

67 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? ¿Dónde se usa la concurrencia? ¿Cómo se usa la concurrencia? PascalFC El orden de las instrucciones Instrucciones atómicas Intercalación Indeterminismo Conclusiones

68 Instrucciones atómicas 1ª Abstracción de la Programación Concurrente Se considera que cada proceso se ejecuta en su propio procesador 2ª Abstracción de la Programación Concurrente Se ignoran las velocidades relativas de cada proceso, lo que posibilita considerar sólo las secuencias de instrucciones que se ejecutan Recordatorio

69 Instrucciones atómicas La 1ª y 2ª abstracción nos permiten olvidarnos de detalles como el número de procesadores y su velocidad Nos permiten pensar en la secuencia de instrucciones que ejecuta cada proceso ¿Exactamente qué instrucciones ejecuta un proceso?

70 Instrucciones atómicas Una instrucción atómica es aquella cuya ejecución es indivisible O se ejecuta completamente o no se ejecuta, nunca se queda a medias Durante la ejecución de una sentencia atómica, otros procesos no pueden interferir en su ejecución

71 Instrucciones atómicas Las instrucciones atómicas se usan mucho aplicaciones empresariales Ejemplo: Reserva de vuelo con escala Un viajero quiere ir de Madrid a Los Ángeles Tiene que hacer escala en New York Se debe reservar el billete Madrid-New York y también de New York-Los Ángeles La reserva no se puede quedar a medias, reservando sólo un trayecto O se reservan ambos trayectos o no se reserva ninguno

72 Instrucciones atómicas En programación concurrente, es muy importante conocer las instrucciones atómicas que ejecuta el procesador Esas instrucciones atómicas serán las que se ejecuten completamente sin interferencias de otros procesos Pero hay que tener en cuenta que si una sentencia en PascalFC se ejecuta como varias sentencias atómicas, es posible que otros procesos interfieran con ella

73 Instrucciones atómicas x:=x+1 LOAD R,x ADD R,#1 STR R,x Sentencia PascalFC Instrucciones Atómicas Corresponde a las intrucciones atómicas Incrementar una variable en 1 Carga la variable x en el registro R del procesador Suma 1 al registro R del procesador Guarda el valor del registro R en la variable x

74 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? ¿Dónde se usa la concurrencia? ¿Cómo se usa la concurrencia? PascalFC El orden de las instrucciones Instrucciones atómicas Intercalación Indeterminismo Conclusiones

75 Intercalación (Interleaving) La 1ª y 2ª abstracción nos permiten pensar en la secuencia de instrucciones que ejecuta cada proceso en su procesador Pero es bastante complicado pensar en la ejecución en paralelo de múltiples secuencias de instrucciones (una por cada proceso) Lo que se hace para estudiar el comportamiento de un programa concurrente es considerar que todas las sentencias de todos los procesos se intercalan en una única secuencia

76 Intercalación (Interleaving) No hay solapamientos La ejecución de dos instrucciones atómicas en paralelo tiene los mismos resultados que una después de otra 3ª Abstracción de la Programación Concurrente Se considera que las secuencias de ejecución de las acciones atómicas de todos los procesos se intercalan en una única secuencia

77 Intercalación (Interleaving) No hay que estudiar una única intercalación de instrucciones Todas las intercalaciones son posibles Hay que estudiar lo que ocurre en todas las posibles intercalaciones de instrucciones atómicas para comprender el comportamiento del programa en cualquier ejecución

78 Intercalación (Interleaving) Multiprogramación Realmente las instrucciones se ejecutan de forma intercalada Multiproceso Si dos instrucciones compiten por un mismo recurso, el hardware las secuencializa Si dos instrucciones no compiten, son independientes, el resultado es el mismo en paralelo que secuencializado

79 Intercalación (Interleaving) Todas las abstracciones se pueden resumir en sólo una Esta abstracción nos permite estudiar el comportamiento de los programas concurrentes Abstracción de la Programación Concurrente Es el estudio de las secuencias de ejecución intercalada de las instrucciones atómicas de los procesos secuenciales (Ben-Ari, 1990)

80 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? ¿Dónde se usa la concurrencia? ¿Cómo se usa la concurrencia? PascalFC El orden de las instrucciones Instrucciones atómicas Intercalación Indeterminismo Conclusiones

81 Indeterminismo Al ejecutar un programa concurrente, se ejecutarán las sentencias con una intercalación determinada y se obtendrá un resultado Puesto que todas las intercalaciones de instrucciones atómicas son posibles, un mismo programa puede obtener resultados diferentes en diferentes ejecuciones Cuando un mismo programa obtiene resultados diferentes dependiendo de la ejecución concreta, se dice que es indeterminista

82 Indeterminismo BLP (06-07) program incdec; process type inc(var x:integer); begin x:=x+1; end; process type dec(var x:integer); begin x:=x-1; end; var x:integer; pInc:inc; pDec:dec; begin x:=0; cobegin pInc(x); pDec(x); coend; writeln(x) end. LOAD R,x ADD R,#1 STR R,x Instrucciones atómicas del tipo de proceso inc LOAD R2,x SUB R2,#1 STR R2,x Instrucciones atómicas del tipo de proceso dec

83 Indeterminismo Una posible intercalación de instrucciones incdecxRR2 1 LOAD R2,x 00 2 LOAD R,x SUB R2,# ADD R,# STR R2,x 1 6 STR R,x 11 Resultado Final: 1 LOAD R,x ADD R,#1 STR R,x inc LOAD R2,x SUB R2,#1 STR R2,x dec

84 Indeterminismo Otra posible intercalación de instrucciones incdecxRR2 1 LOAD R2,x 00 2 LOAD R,x ADD R,# SUB R2,# STR R,x 11 6 STR R2,x 1 Resultado Final: -1 LOAD R,x ADD R,#1 STR R,x inc LOAD R2,x SUB R2,#1 STR R2,x dec

85 Indeterminismo Otra más… LOAD R,x ADD R,#1 STR R,x inc LOAD R2,x SUB R2,#1 STR R2,x dec incdecxRR2 1 LOAD R2,x 00 2 SUB R2,#1 0 3 STR R2,x 4 LOAD R,x 5 ADD R,#1 0 6 STR R,x 00 Resultado Final: 0 Como se deben considerar todas las posibles intercalaciones, también hay que considerar que un proceso se ejecute completamente antes que el otro

86 Indeterminismo Se han encontrado tres intercalaciones posibles de las instrucciones atómicas de un programa concurrente en las que se obtiene un resultado diferente Hay 20 posibles intercalaciones En sólo 2 de ellas se obtiene un 0 En 9 intercalaciones se obtiene un 1 En 9 intercalaciones se obtiene un -1

87 Introducción a la Concurrencia ¿Qué es la concurrencia? ¿Dónde se usa la concurrencia? ¿Cómo se usa la concurrencia? Conclusiones

88 Ventajas de la Concurrencia Aumento de la eficiencia: Aprovechamiento de procesador o procesadores Hay tipos de programas que necesitan llevar a cabo varias tareas de forma concurrente y por tanto es obligatoria la concurrencia La posibilidad te tener tareas en primer plano y tareas en segundo plano Tareas en primer plano: Interfaz de usuario Tareas en segundo plano: Antivirus, impresión, …

89 Conclusiones Ventajas de la Concurrencia La tendencia actual para aumentar la potencia de cómputo de los sistemas informáticos consiste en la creación de procesadores con varios cores o núcleos Sólo las aplicaciones concurrentes, que dividan las tareas que se deben realizar en varios procesos podrán aprovechar la potencia de calculo de los nuevos sistemas Esto implica que aplicaciones que actualmente están desarrolladas de forma secuencial, sin concurrencia, deberán actualizarse para aprovechar la potencia de calculo Apple Mac Pro. 8 cores

90 Conclusiones Desventajas de la Concurrencia Desarrollar programas concurrentes es más difícil que desarrollar programas secuenciales Son más difíciles de programar Es más difícil comprobar que su funcionamiento es el correcto, porque hay que considerar todas las posibles intercalaciones Que una ejecución sea correcta con unos datos de entrada no implica que todas las ejecuciones sean correctas con esos mismos datos (como ocurre con los programas secuenciales). Hay intercalaciones problemáticas que pueden aparecer sólo en raras ocasiones

91 Conclusiones Indeterminismo Cuando se implementa un programa concurrente se necesita controlar el indeterminismo No obstante, hay veces que permitiendo cierto indeterminismo se consiguen programas más eficientes Ejemplo: En la descarga de ficheros del eMule, cada usuario puede descargarse cualquier fragmento de otro usuario, sin importar cual de ellos. Restringir e imponer un orden podría reducir el rendimiento de la aplicación

92 Yela, A.; Arroyo, F.; Fernandez, L. Teoría y Práctica del Módulo de Programación Concurrente de la Asignatura de Programación II. Departamento de Publicaciones de la E.U.I. de la Universidad Politécnica de Madrid, 1997 Palma, J.T. y otros. Programación Concurrente. Editorial Thomson, 2006 Bibliografía Básica


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