Teoría de Sistemas Operativos Sincronización Procesos Departamento de Electrónica 2º Semestre, 2003 Gabriel Astudillo Muñoz

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1 Teoría de Sistemas Operativos Sincronización Procesos Departamento de Electrónica 2º Semestre, 2003 Gabriel Astudillo Muñoz http://www.elo.utfsm.cl/~elo321

2 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 2 Dos o más procesos leen o escriben ciertas zonas compartidas El resultado final puede depender de lo que cada proceso ejecutó.

3 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 3 Supongamos el siguiente problema: Tenemos una Base de Datos financiera. Cada ficha representa una persona y puede o no tener deuda. El código que permite buscar deudores es el siguiente:

4 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 4 void main(){ int deudores busca(0,3000); busca(3001, 5000); printf(“Deudores: %d”,deudores); } void busca(int ind1, ind2) { for(i=ind1; i<=ind2; i++) if(esDeudor(i)) deudores++; }

5 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 5 Qué pasa si modificamos el código de la siguiente manera? void main(){ int deudores pid=fork() if(pid==0){ busca(0,3000);} else{ busca(3001, 5000); } printf(“Deudores: %d”,deudores); }

6 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 6 Lo anterior se conoce como una “condición de competencia”. Existe la necesidad de eliminar este tipos de condiciones.  El resultado final no puede depender Del tiempo ni del lugar de ejecución de los procesos

7 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 7 Exclusión Mutua: concepto que garantiza que si un proceso utiliza un recurso compartido, los demás no pueden utilizarlo. Sección Crítica: Parte del programa en la que tiene acceso al recurso compartido.  Para evitar que existan condiciones de competencia, se debe evitar que dos o más procesos accedan al mismo tiempo a la Sección Crítica

8 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 8 Cualquier solución al problema debe cumplir: 1.Dos procesos no deben encontrarse al mismo tiempo dentro de sus secciones críticas. 2.No se deben hacer hipótesis sobre la velocidad o el número de CPU. 3.Ningún proceso que esté en ejecución fuera de su sección crítica puede bloquear a otros procesos. 4.Ningún proceso debe esperar eternamente para entrar a su sección crítica.

9 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 9 Alternancia estricta:  ¿Qué sucede si un proceso quiere entrar dos veces consecutivas a su sección crítica?

10 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 10 Solución de Peterson: Para el proceso P(i), i=0,1: otro=1-i; while (TRUE) { interesado[i] = TRUE; turno = otro; while (interesado[otro] && turno==otro); sección_crítica(); interesado[i]=FALSE; sección_no_crítica(); } Inicialmente interesado[0]=interesado[1]=FALSE y turno puede ser 1 o 0.

11 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 11 Solución de Peterson: Exclusión Mutua: Dos procesos quieren entrar:  No pueden entrar al mismo tiempo, porque la condición de espera en el while no puede ser falsa para ambos procesos a la vez.  Entonces supongamos que Pi entra primero. En ese caso, turno=i, y para que el otro entre, turno debe cambiar a 1-i, o bien interesado[i] a FALSE.  El único que hace esos cambios es el propio proceso i, y lo hace cuando está fuera de su sección crítica.

12 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 12 Solución de Peterson: Ausencia de Aplazamiento indefinido (starvation) Si el proceso i quiere entrar y el otro está ejecutando su sección no crítica,  interesado[otro]==FALSE y Pi no tiene impedimento para entrar. Entrada garantizada. Si un proceso quiere entrar, a lo más debe esperar que el otro salga de la sección crítica

13 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 13 Instrucción TSL: Lee el contenido de una palabra de memoria en un registro para después almacenar un valor distinto de cero en esa dirección Las operaciones de lectura y almacenamiento de la palabra tienen la garantía de ser indivisibles

14 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 14 Instrucción TSL: Se emplea una variable compartida, flag. Ésta coordina el acceso al recurso compartido. Cuando flag==0, cualquier proceso puede darle el valor 1 mediante la instrucción TSL y después leer o escribir en el recurso compartido. Al terminar, el proceso vuelve a hacer flag=0.

15 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 15 Instrucción TSL:

16 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 16 Semáforos: Un semáforo es una variable entera (positiva), cuyo valor sólo puede ser accesado mediante las operaciones wait y signal

17 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 17 Semáforos: WAIT: verifica si el valor de un semáforo es mayor que cero y en este caso decrementa dicho valor y el proceso continúa. Si es cero, el proceso se va a dormir Las modificaciones al valor del semáforo sólo se ejecutan en forma indivisible, es decir, si un proceso está modificando un semáforo ningún otro proceso puede esta modificando el mismo valor

18 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 18 Semáforos: SIGNAL: incrementa el valor del semáforo respectivo. Si uno o más procesos dormían y no podían completar una operación DOWN anterior, el SO elige alguno de ellos y se le permite terminar la operación WAIT.  después de un SIGNAL en un semáforo con procesos durmiendo, dicho semáforo seguirá con valor 0, pero habrá un menor número de procesos durmiendo.

19 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 19 Semáforos:

20 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 20 Se produce cuando un proceso de un sistema multiprogramado espera un evento que nunca va a ocurrir. Un conjunto de procesos está en deadlock cuando cada proceso en el conjunto está esperando por un evento que solo puede ser causado por otro proceso en el conjunto.

21 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 21 Ejemplo ¿ Cuándo hay Bloqueo Mutuo ?

22 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 22 Condiciones para un bloqueo: Cada recurso está asignado a un proceso o está disponible 1.- Condición de exclusión mutua. P1 R1 Asignado

23 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 23 Condiciones para un bloqueo: Los procesos que tienen recursos asignados con anterioridad, pueden solicitar nuevos recursos. 2.- Condición de posesión y espera P1 R1 R2 Solicita Asignado

24 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 24 Condiciones para un bloqueo: Los recursos asignados no pueden ser forzados a dejar un proceso  El proceso que los posee debe liberarlos en forma explícita. Condición de no apropiación

25 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 25 Condiciones para un bloqueo: Debe existir una cadena circular de dos o más procesos, cada uno de los cuales espera un recurso asignado por el siguiente miembro de la cadena. Condición de espera circular P1 R1 P2 R2 Solicita Asignado Solicita Asignado

26 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 26

27 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 27

28 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 28

29 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 29 Evitar un bloqueo: En vez de restringir la forma u orden en que los procesos deben solicitar recursos, podríamos chequear que sea seguro conceder un recurso, antes de otorgarlo. Obs: Necesitamos que cada proceso declare la cantidad máxima de recursos de cada clase que va a necesitar:

30 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 30 Evitar un bloqueo: Un estado de asignación de recursos es el número de recursos disponibles y asignados, y el máximo declarado por cada proceso. Un estado seguro es un estado en el cual el sistema puede asignar recursos a los procesos (hasta su máximo) en alguna secuencia, y evitar bloqueo mutuo

31 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 31 Evitar un bloqueo: Un estado es seguro sólo si existe una secuencia segura, es decir, una secuencia de procesos donde, para cada Pi, los recursos que Pi aún puede solicitar pueden satisfacerse con los recursos disponibles y los retenidos por Pj con j<i. Si los recursos que Pi necesita no están disponibles, Pi puede esperar hasta que los Pj terminen. Si no existe tal secuencia, se dice que el sistema está en un estado inseguro

32 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 32 Consideremos un sistema con 12 unidades de cinta y 3 procesos: P1,P2,P3. Máximo Requerimiento t0 P0105 P142 P292 3 En t0 el sistema esta en un estado seguro, con secuencia P1,P0,P2.

33 Situación Sincronización de Procesos Conceptos Soluciones Bloqueos 33 Consideremos un sistema con 12 unidades de cinta y 3 procesos: P1,P2,P3. Máximo Requerimiento t0 P0105 P142 P293 2 En t0 el sistema está en un estado inseguro, No hay secuencia segura  puede existir bloqueo mutuo.