1 5. UNIDADES DE PROGRAMAS. 2 Uso de mecanismos de control de secuencia de: Invocaciones Retornos Entre: PPSP 1 a) I R SP 1 SP 2 b) I R Unidades subordinadas.

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1 1 5. UNIDADES DE PROGRAMAS

2 2 Uso de mecanismos de control de secuencia de: Invocaciones Retornos Entre: PPSP 1 a) I R SP 1 SP 2 b) I R Unidades subordinadas

3 3 Se establece una estructura jerárquica entre las unidades Durante la ejecución, un PP puede llamar a múltiples SPs Cada SP puede, a su vez, llamar a otros SPs Al terminar la ejecución de un SP, se debe retornar el control a la unidad que lo invocó Cada SP se puede desarrollar en forma independiente del resto de las unidades y cumple un objetivo bien definido La ejecución de la unidad que invoca se suspende mientras se ejecuta la unidad invocada Al terminar la ejecución de un SP, la unidad que lo invocó continúa ejecutándose desde el punto inmediatamente posterior al de la llamada al SP Unidades subordinadas

4 4 La definición del SP corresponde al código fuente a ser traducido por el compilador La activación del SP corresponde al uso o invocación del SP durante ejecución SP Subprogramas

5 5 Invariante Código ejecutable Almacenado en RAM en una parte fija Se usa pero NO se modifica durante la ejecución Cada activación del SP utiliza el mismo segmento de código Variable Contiene los datos necesarios para ejecutar el SP  Parámetros formales  Variables locales  Dirección de retorno  Valor de retorno*  Enlace dinámico* ACTIVACIÓN SEGMENTO DE CÓDIGOREGISTRO DE ACTIVACIÓN Subprogramas

6 6 Para un subprograma S Variables locales Son los datos declarados al interior de S, es decir, aquellos pertenecientes al registro de activación del S Variables globales Son los datos declarados en una unidad de jerarquía superior, los cuales pueden ser referenciados en S pues pertenecen al registro de activación (RA) de otro SP que permanece activo mientras se ejecuta S Variables locales y globales

7 7 Objetos de datos a los cuales puede acceder una unidad de programa El entorno de referencia correspondiente a la activación de cierta unidad S, está conformado por Entorno LocalEntorno Global ODD contenidos en el RA de S ODD contenidos en los RAs de otras unidades activas Entorno de referencia

8 8 Existen diferentes semánticas de solución al problema del compromiso entre activación y código-RA. Las más significativas, por su connotación conceptual, son las conocidas como: Estructura modo FORTRAN Estructura modo ALGOL Registros de activación

9 9 Mientras se encuentra activo un SP, NO puede ser activado nuevamente Para cada unidad, durante compilación, se genera, estáticamente, el segmento de código y el registro de activación Sin importar que el SP sea o no activado, su RA permanece ligado al código durante TODA la ejecución del programa PP R1 Datos R2 R3 Estructura FORTRAN

10 10 Todas las invocaciones de un SP utilizan el mismo RA, debido a lo cual permanecen los valores que tomaron los datos en la mas reciente activación El entorno de referencia de un SP se reduce sólo al entorno local Los SPs pueden acceder a variables globales declaradas mediante COMMON, las cuales se consideran pertenecientes a un RA global para todas las unidades No soporta recursividad PP R1 Datos R2 R3 Estructura FORTRAN

11 11 Call A PP d0:d0: A Call B d2:d2: d1:d1: Goto d 1 Goto d 0 B Call C d4:d4: Goto d 3 d3:d3: Goto d 2 C Goto d 5 d5:d5: Goto d 4 Estructura FORTRAN

12 12 Call A PP d0:d0: A Call B d2:d2: d1:d1: Goto d 1 Goto d 0 B Call C d4:d4: Goto d 3 d3:d3: Goto d 2 Loop!!! d 6 C Goto d 5 d5:d5: Goto d 4 Call B d6:d6: Estructura FORTRAN

13 13 Un código fuente puede constar de unidades disjuntas (C), o bien anidadas (Pascal) El ámbito de una variable x declarada en cierta unidad S es: S, y todas las unidades al interior de S, para las cuales x tiene el carácter de global Estructura ALGOL PP T S R

14 14 El tamaño del RA de un SP S se determina en tiempo de compilación El RA de S es ligado dinámicamente al respectivo código con cada nueva activación, es decir, se crea cada vez que S es invocado y se destruye cada vez que S transfiere el control a quien lo invocó Las activaciones se rigen por el comportamiento LIFO  el control se logra mediante un stack de RAs, forma natural de soporte de la recursividad Estructura ALGOL PP T S R

15 15 A PP d0:d0: A B d2:d2: d1:d1: B C d4:d4: d3:d3: C d5:d5: d0d0 d2d2 d4d4 Estructura ALGOL

16 16 A PP d0:d0: A B d2:d2: d1:d1: B C d4:d4: d3:d3: d0d0 d2d2 d4d4 B C d5:d5: d6:d6: d6d6 Estructura ALGOL

17 17 Área de datos estáticos Área de datos automáticos Área de datos dinámicos HeapStack Estructura ALGOL Áreas de memoria

18 18 d0d0 d2d2 d4d4 d6d6 Almacenamiento contiguo El tamaño de los RAs es variable, pero conocido Los RAs se almacenan en el área de datos automáticos RA PP RA ARA BRA C Estructura ALGOL

19 19 d0d0 d2d2 d4d4 d6d6 Los RAs se almacenan en el área de datos dinámicos, es decir, el Stack se representa al interior del Heap Cada RA debe incluir un enlace dinámico que apunte al RA precedente Estructura ALGOL d6d6 d4d4 d2d2 d0d0

20 20 La comunicación entre unidades de programa se efectúa mediante parámetros: formales o de definición y actuales o de invocación Los parámetros permiten la variabilidad de los datos transferidos en diferentes instancias de activación Los parámetros formales constituyen parte del RA Invocaciones explícitas

21 21 Los parámetros actuales y formales establecen entre sí una relación de correspondencia posicional o nominal En correspondencia posicional los parámetros se asocian según el orden en que aparecen (Pascal y C) En correspondencia nominal los parámetros se asocian según una indicación explícita de nombres. Si, en lenguaje Ada se define procedure P(Limite: in integer; Tabla: in out Arreglo) entonces, se puede invocar P(Tabla is V, Limite is N) Invocaciones explícitas

22 22 Una excepción es es un evento que impide la continuidad de ejecución de un programa Las excepciones proporcionan una manera limpia de verificar errores Se puede capturar y manejar una excepción en un intento por evitar que se detenga la ejecución del programa Las unidades que se activan implícitamente al detectarse una irregularidad se denominan manejadores de excepciones Invocaciones implícitas

23 23 // Ejemplo en Java try { // Código que puede generar excepciones } catch (TipoException1 e_1) { // Controlador de excepciones de tipo 1 } catch (TipoException1 e_2) { // Controlador de excepciones de tipo 2 }.... catch (TipoException1 e_n) { // Controlador de excepciones de tipo n } finally { // Trozo de código que se ejecutará siempre } Invocaciones implícitas

24 24 Son unidades que se activan en forma mutua, alternada y explícita Tienen un comportamiento cooperativo secuencial También se les conoce como corrutinas Son útiles para simular eventos discretos implementar servidores Las proveen los lenguajes Algol, Simula, Ada, Modula y Occam Unidades simétricas

25 25 Ejemplo en Algol corroutine X; begin ··· resume Y; ··· resume Y; ··· end; corroutine Y; begin ··· resume X; ··· resume X; end; resume Y corroutine X resume X corroutine Y Unidades simétricas

26 26 Mediante "resume Y", la corrutina X le transfiere el control a la corrutina Y Cada instancia de "resume Y" activa la corrutina Y a partir de una nueva dirección de inicio, es decir, de una dirección de reinicio (DR de Y) La ejecución de "resume Y" en X provoca dos acciones: Almacenar, en el RA de Y, como DR de X la dirección de la sentencia inmediatamente posterior a "resume Y" Capturar, en el RA de X, la DR de Y a partir de la cual debe continuar la ejecución Unidades simétricas

27 27 Proceso es una unidad de código en lenguaje de máquina, la cual se encuentra en ejecución Proceso pesado (o simplemente proceso) es una unidad que cuenta con un contador de programa, un stack, un conjunto de registros, un espacio de direcciones, procesos hijos, descriptores de archivos, señales, semáforos, relojes e indicadores estadísticos Proceso liviano (o hilo) es un miniproceso contenido en un proceso, el cual se ejecuta en modo estrictamente secuencial y cuenta con un contador de programa, un stack, un estado, registros e hilos hijos Unidades concurrentes

28 28 Desde la aparición de las arquitecturas multiprocesadoras, se han propuesto variados modelos de ejecución simultánea, sintetizados en tres niveles de paralelismo: Paralelismo a nivel de bloques Granularidad fina Paralelismo a nivel se subprogramas Granularidad media Paralelismo a nivel de programas Granularidad gruesa Unidades concurrentes

29 29 Procesos paralelos (PPs) son aquellos procesos que se pueden ejecutar, conceptualmente, en forma simultánea PPs disjuntos son aquellos procesos paralelos que, durante su ejecución, no acceden a recursos compartidos PPs concurrentes son aquellos procesos paralelos que, durante su ejecución, interactúan compitiendo por el acceso a recursos compartidos y cooperando para alcanzar un objetivo común Requieren una adecuada sincronización entre ellos Unidades concurrentes

30 30 En un proceso concurrente, región crítica es el segmento de código en el cual se accede a recursos compartidos Cuando un proceso concurrente ejecuta su región crítica, los demás procesos no pueden ejecutar la propia Exclusión mutua Sincronización Semáforos Monitores Rendezvous Unidades concurrentes

31 31 Semáforo Mecanismo de bajo nivel, definido como un dato entero no negativo sobre el que actúan las operaciones atómicas P y V Monitor Mecanismo de alto nivel, definido como un objeto con uno o más procedimientos, datos locales y código de inicialización Rendezvous Primitiva de comunicación de datos entre un conjunto de procesos, mediante el paso de mensajes en modo síncrono Unidades concurrentes