Coordinación de Procesos: Fundamentos y Mecanismos Esenciales

Conceptos Fundamentales de Interacción entre Procesos

• Comunicación: Permite que dos o más procesos puedan intercambiar información.
• Sincronización: En ocasiones, los procesos deben sincronizar sus actividades, es decir, tener un funcionamiento coordinado para la resolución de una tarea encomendada. Por ejemplo, cuando un proceso no puede progresar hasta que otro haya terminado algún tipo de actividad.
• La comunicación y sincronización se dan entre procesos cooperantes.

Problemas Clásicos de Comunicación y Sincronización

La interacción entre procesos puede dar lugar a desafíos específicos que requieren soluciones estructuradas. A continuación, se describen los problemas clásicos más relevantes:

• Sección Crítica

  Es un segmento de código que debe ser ejecutado por un solo proceso a la vez, debido a la existencia de variables, registros o archivos comunes que podrían generar inconsistencias si son accedidos concurrentemente.

• Productor-Consumidor

  Un proceso productor genera datos que son utilizados por un proceso consumidor. Por ejemplo: un compilador genera código ensamblador, el cual será usado por un proceso ensamblador para generar código de máquina.

• Lectores-Escritores

  Un determinado objeto (como un archivo o registro) va a ser compartido por varios procesos concurrentes. Este problema presenta dos reglas fundamentales:

  • Solo un proceso escritor tendrá acceso al objeto para modificarlo.
  • Varios procesos lectores podrán tener acceso al objeto simultáneamente para leerlo.

Mecanismos de Comunicación entre Procesos

Para facilitar el intercambio de información entre procesos, se utilizan diversos mecanismos:

• Archivos
• Tuberías (Pipes)
• Variables en memoria compartida
• Paso de mensajes

Mecanismos de Sincronización de Procesos

La coordinación de actividades entre procesos es crucial para evitar conflictos y asegurar la integridad de los datos. Los mecanismos más comunes incluyen:

• Señales
• Tuberías (Pipes)
• Semáforos
• Mutex y variables condicionales
• Paso de mensajes

Tuberías (Pipes) como Mecanismo Dual

Las tuberías son un mecanismo versátil que permite tanto la sincronización como la comunicación. Sus características principales son:

• Son un mecanismo de comunicación unidireccional y de tipo FIFO (First-In, First-Out).
• Funcionan como un conducto con dos extremos: uno se utiliza para escribir datos y el otro para leerlos.
• La implementación de una tubería se realiza a menudo a través de un archivo temporal.
• Escritura: El proceso escritor se bloquea si la tubería está llena, esperando a que haya espacio disponible.
• Lectura: El proceso lector se bloquea si la tubería está vacía, esperando a que haya datos para leer.

Semáforos para el Control de Acceso

Los semáforos son una herramienta fundamental para la sincronización de procesos, especialmente en el control de acceso a recursos compartidos:

• Son un mecanismo de sincronización.
• Un semáforo es un contador con un valor entero que representa el número de accesos permitidos a un recurso compartido.
• Este acceso puede ser realizado simultáneamente por el número de procesos que representa el valor inicial del contador.
• Existen dos operaciones principales para manejar semáforos: wait (también conocida como P o down) y signal (también conocida como V o up).