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Dr. Pedro Mejía Alvarez Curso Sistemas de Tiempo Real Transparencia 1
Interacción entre Tareas
Dr. Pedro Mejía Alvarez
Sección de Computación.CINVESTAV-IPN
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Indice
Comunicación y Sincronizacion Comunicación con datos comunes Comunicación mediante mensajes Problemas en la Interacción entre tareas. Inversión de Prioridad Protocolos.
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Interacción entre tareas
En la mayoría de los sistemas de interés práctico las tareas interaccionan mediante
— datos comunes (protegidos)— mensajes— señales
La interacción puede darse entre tareas con distintas prioridades.El acceso a datos comunes debe protegerse.El uso de mensajes se produce a traves de buzones.El uso de señales se produce a traves de semáforos En todos estos casos puede ocurrir que una tarea tenga que esperar un suceso de otra menos prioritaria
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Comunicación y Sincronización
Raras veces los procesos de un sistema son independientes unos de otros. Mas a menudo, cooperan para un fin común o compiten por la utilización de los recursos.Para ello, es necesario realizar operaciones de comunicación y sincronización entre procesos.
—Dos procesos se comunican cuando hay una transferencia de información de uno a otro.— Dos procesos estan sincronizados cuando hay restricciones en el orden en que se ejecutan sus acciones.
Los dos conceptos estan relacionados.Hay distintas formas de abordar el problema:
— Datos comunes.— Mensajes.
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Comunicacion entre procesos mediante Buzones
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Coordinacion entre procesos mediante semaforos
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Datos en memoria compartida utilizados por varios procesos
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Comunicacion con datos comunes
En un sistema monoprocesador, la forma mas directa de comunicación entre dos o mas procesos consiste en compartir datos comunes.
El acceso incontrolado a variable comunesPuede producir resultados anomalos.
—Se dice que hay una condicion de carrera cuando el resultado de la ejecucion depende del orden en que se intercalan las instrucciones de dos o mas procesos.—Se trata de una situacion que hay que evitar
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Ejemplo:
Incrementar Contador
LDA contadorINCSTA contador
Incrementar Contador
LDA contadorINCSTA contador
A B
Contador = 0
•El resultado final puede ser 1 o 2•Depende de las velocidades relativas de los procesos.•Para evitar este problema hay que asegurar que las•Operaciones con variable comunes sean atómicas.
•Deben de usarse mecanismos de exclusión mutua (p.ej. Semàforos)
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Comunicacion mediante mensajes
Las tareas se pueden comunicar y sincronizar mediante mensajes. Esta forma de comunicacion no necesita de memoria comun. Es posible utilizar buzones como mencanismo de comunicación. Hay tres aspectos de interes:
—Sincronizacion.—Identificacion del proceso emisor y receptor.—Estructura de los mensajes
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Diagrama de secuencia de mensajes
send receive
A BB•Representan la interacción entre procesos mediante el intercambio de mensajes•El tiempo va hacia abajo
Buzón
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Sincronización en el envío de mensajes
El proceso receptor siempre espera si el mensaje no ha llegado todavia. Para el proceso emisor hay tres modelos basicos:
– Comunicación asíncrona: el emisor continua su ejecución.– Comunicación síncrona (cita): el emisor espera a que el receptor reciba el mensaje.– Invocación remota (cita extendida): el emisor espera a que el receptor reciba el mensaje, y la respuesta de éste.
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Comunicación Asíncrona
send
receive
A•El numero de mensajes que pueden enviarse depende del tamaño del buzón.•El emisor puede saturar el buzón (si no hay receptcion) y hasta entonces bloquearse.•El receptor puede bloquearse si el buzón se encuentra vacio.
Buzón
B
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Comunicación Síncrona
send
receive
A•El buzón acepta solo un mensaje•Al enviar un mensaje el emisor espera (bloqueado) hasta que el receptor ha recibido el mensaje.• Lo mismo ocurre cuando el receptor ejecuta el receive primero.
Buzón
mensaje
Asend(m);receive (ack);
Breceive(m);send (ack);
B
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Invocación Remota
send
receive
A•El buzón acepta solo un mensaje•Al enviar un mensaje el emisor espera (bloqueado) hasta que el receptor ha recibido el mensaje.• Lo mismo ocurre cuando el receptor ejecuta el receive primero.mensaje
As_send(m);
s_receive (ack);
reply
bloqueo
Bs_receive(m);preparar replys_send(r);
B
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Estructura de los mensajes
El mensaje podria llevar los siguentes campos:–Encabezado.–Identificador del emisor.–Identificador del receptor.–Longitud del mensaje–Mensaje.–Campo de ack.–Campo de seguridad
El contenido del mensaje deberia poder ser de cualquier tipo.
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Identificación del emisor y el receptor
Identificación directa o indirecta:–Directa: el emisor identifica explicitamente al receptor send mensaje to proceso –Indirecta: se utiliza un intermediario (buzón, canal, tubería, etc) send mensaje to buzón
Simetria:–Comunicacion simétrica: el emisor identifica al receptor y viceversa. send mensaje to proceso (buzón) receive mensaje from proceso (buzón)–Comunicacino Asimétrica: el receptor acepta mensajes de cualquier emisor o buzón.
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Problemas con la Interacción entre tareas
Cuando dos o mas tareas comparten datos, sen envian mensajes o se sincronizan entre si, puede ocurrir que una tarea tenga que esperar un suceso de otra menos prioritaria Esta situación se denomina bloqueo, y produce una inversión de prioridad indeseable La inversión de prioridad no se puede eliminar completamente, pero es posible limitar su duración
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Ejemplo 1
X Y
1 2 3 4
Tarea P ta Acciones1 4 4 a1 ; ax ; ay ; a22 3 2 b1 ; by ; b23 2 2 c14 1 0 d1 ; dx ; d2
Acción P C usaa1 4 2ax 4 1 Xay 4 1 Ya2 4 1b1 3 1
by
by 3 2 Yb2 3 1c1 2 2d1 1 1dx 1 4 Xd2 1 1
by
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Ejemplo 1: inversión de prioridad
1
2
3
40 2 4 6 8 10 12 14 16 18
bloqueo
a1 ax ay a2
b1 by by b2
c1
d1 dx dx d2
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Herencia de prioridad
Una forma de reducir la duración de los bloqueos es variar dinámicamente la prioridad de las tareas Cuando una tarea está bloqueando a otra más prioritaria, hereda la prioridad de está La prioridad dinámica de una tarea es el máximo de
— su prioridad básica— las prioridades de todas las tareas bloqueadas por ella
La herencia de prioridad es transitiva
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Ejemplo 1: herencia de prioridad
1
2
3
40 2 4 6 8 10 12 14 16 18
a1 ax ay a2
b1 by by b2
c1
d1 dx dx d2
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Duración máxima de bloqueo
Con el protocolo de herencia de prioridad, una tarea se puede bloquear como máximo
— una vez por cada sección crítica— una vez por cada tarea de prioridad inferior
La duración total máxima de los bloqueos es
donde—K es el número de recursos compartidos—C es el tiempo durante el cual la tarea j accede al
recurso K(=0 si no usa el recurso)j,k
B Ci j kj ip i k
,
( ),
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Ejemplo 1: cálculo de bloqueo
B = C + C = 2+4=6B = C = 4B = C = 4B = 0
— Una tarea puede bloquearse por recursos a los que no— accede (por ejemplo, 2)— Una tarea puede sufrir bloqueo aunque no acceda a— recursos compartidos (por ejemplo, 3)— La tarea de menor prioridad ( 4) no sufre bloqueo
1
2
3
4
2,Y
4, X
4, X
4, X
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Tiempo de respuesta con bloqueos
Cuando hay bloqueos, la ecuación del tiempo de respuesta queda así:
La solución se obtiene mediante la relación derecurrencia
R C BR
TCj j j
j
jj
j hp i
( )
W C BW
TCi
nj j
jn
jj
j hp i
1
( )
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Protocolos de techo de prioridad
El techo de prioridad de un recurso es la máxima prioridad de las tareas que lo usan El protocolo del techo de prioridad consiste en:
— la prioridad dinámica de una tarea es el máximo de su prioridad básica y las prioridades de las tareas a las que bloquea— una tarea sólo puede usar un recurso si su prioridad dinámica es mayor que el techo de todos los recursos en uso por otras tareas
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Ejemplo 1: techo de prioridad
1
2
3
40 2 4 6 8 10 12 14 16 18
a1 ax ay a2
b1
by
by b2
c1
d1 dx dx d2dx
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Propiedades
Cuando se usa el protocolo del techo de prioridad en un sistema monoprocesador,
— Cada tarea se puede bloquear una vez, como máximo, en cada ciclo— No puede haber interbloqueos— No puede haber bloqueos encadenados — Se consigue la exclusión mutua sin mecanismos de protección adicionales
La duración máxima del bloqueo es ahora B = max C
lc(i) es el conjunto de recursos que pueden bloquear i
felp(f),k lc(i) j,k
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Protocolo del techo de prioridadinmediato
Con este protocolo, una tarea que accede a un recurso hereda inmediatamente el techo de prioridad del recurso
— la prioridad dinámica de una tarea es el máximo de su prioridad básica y los techos de prioridad de los recursos que usa
Las propiedades son las mismas que las del protocolo del techo de prioridad, y además,
— si una tarea se bloquea, lo hace al principio del ciclo Es más fácil de implementar que el protocolo básico Es más eficiente ( menos cambios de contexto )
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Ejemplo 1: techo de prioridadinmediato
1
2
3
40 2 4 6 8 10 12 14 16 18
a1 ax ay a2
b1 by b2
c1
d1 dx d2
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Resumen
Un método de planificación tiene dos partes:— un algoritmo de reparto de recursos— un método de análisis del comportamiento temporal
El método clásico se basa en un ejecutivo cíclico— el análisis es inmediato (por construcción)— es poco flexible y de bajo nivel
Un método mejor se basa en el uso de prioridades fijas— las prioridades se asignan por orden de período, plazos o de forma arbitraria— se puede analizar el tiempo de respuesta de las tareas— se pueden analizar tareas con interacción si se usa un protocolo de herencia o techo de prioridad