Gestión de Procesos y Sincronización en Sistemas Operativos

Competencia entre Procesos por los Recursos

Exclusión Mutua

Secciones Críticas

• Solo un programa puede acceder a su sección crítica en un momento dado.
• Por ejemplo, solo se permite que un proceso envíe una orden a la impresora en un momento dado.
• Interbloqueo.
• Inanición.

Cooperación entre Procesos por Compartimiento

• Las operaciones de escritura deben ser mutuamente excluyentes.
• Las secciones críticas garantizan la integridad de los datos.

Cooperación entre Procesos por Comunicación

Paso de Mensajes

• No es necesario el control de la exclusión mutua.

Posibles Problemas

Interbloqueo

• Cada proceso puede estar esperando una comunicación del otro.

Inanición

• Dos procesos se están mandando mensajes mientras que otro proceso está esperando recibir un mensaje.

Requisitos para la Exclusión Mutua

• Solo un proceso debe tener permiso para entrar en la sección crítica por un recurso en un instante dado.
• Un proceso que se interrumpe en una sección crítica debe hacerlo sin interferir con los otros procesos.
• No puede permitirse el interbloqueo o la inanición.
• Cuando ningún proceso está en su sección crítica, cualquier proceso que solicite entrar en la suya debe poder hacerlo sin dilación.
• No se deben hacer suposiciones sobre la velocidad relativa de los procesos o el número de procesadores.
• Un proceso permanece en su sección crítica solo por un tiempo finito.

Exclusión Mutua: Soluciones por Hardware

Inhabilitación de Interrupciones

• Un proceso continuará ejecutándose hasta que solicite un servicio del sistema operativo o hasta que sea interrumpido.
• Para garantizar la exclusión mutua es suficiente con impedir que un proceso sea interrumpido.
• Se limita la capacidad del procesador para intercalar programas.

Consideraciones en Multiprocesador

• Inhabilitar las interrupciones de un procesador no garantiza la exclusión mutua.

Instrucciones Especiales de Máquina

• Se realizan en un único ciclo de instrucción.
• No están sujetas a injerencias por parte de otras instrucciones.
• Leer y escribir.
• Leer y examinar.

Instrucciones de Máquina y Exclusión Mutua

Ventajas

• Es aplicable a cualquier número de procesos en sistemas con memoria compartida, tanto de monoprocesador como de multiprocesador.
• Es simple y fácil de verificar.
• Puede usarse para disponer de varias secciones críticas.

Desventajas

• La espera activa consume tiempo del procesador.
• Puede producirse inanición cuando un proceso abandona la sección crítica y hay más de un proceso esperando.

Interbloqueo

• Si un proceso con baja prioridad entra en su sección crítica y existe otro proceso con mayor prioridad, entonces el proceso cuya prioridad es mayor obtendrá el procesador para esperar a poder entrar en la sección crítica.

Semáforos

• Para la señalización se utiliza una variable especial llamada semáforo.
• Si un proceso está esperando una señal, el proceso es suspendido hasta que tenga lugar la transmisión de la señal.
• Las operaciones wait y signal no pueden ser interrumpidas.
• Se emplea una cola para mantener los procesos esperando en el semáforo.
• Un semáforo es una variable que tiene un valor entero:
  • Puede iniciarse con un valor no negativo.
  • La operación wait disminuye el valor del semáforo.
  • La operación signal incrementa el valor del semáforo.

Monitores

Un monitor es un módulo de software.

Características Básicas

• Las variables de datos locales están solo accesibles para el monitor.
• Un proceso entra en el monitor invocando a uno de sus procedimientos.
• Solo un proceso se puede estar ejecutando en el monitor en un instante dado.

Sincronización

El emisor y el receptor pueden ser bloqueantes o no bloqueantes (esperando un mensaje).

Envío Bloqueante, Recepción Bloqueante

• Tanto el emisor como el receptor se bloquean hasta que se entrega el mensaje.
• Esta técnica se conoce como rendezvous.

Envío No Bloqueante, Recepción Bloqueante

• Permite que un proceso envíe uno o más mensajes a varios destinos tan rápido como sea posible.
• El receptor se bloquea hasta que llega el mensaje solicitado.

Envío No Bloqueante, Recepción No Bloqueante

• Nadie debe esperar.