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Sistemas operativos: una visión aplicada
Capítulo 5 Comunicación y sincronización
de procesos
Sistemas operativos: una visión aplicada 1 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Contenido
• Procesos concurrentes. • Problemas clásicos de comunicación y sincronización. • Mecanismos de comunicación y sincronización.• Paso de mensajes.• Aspectos de implementación• Interbloqueos. • Servicios POSIX• Servicios Win32
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Sistemas operativos: una visión aplicada 2 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Procesos concurrentes
• Modelos – Multiprogramación en un único procesador – Multiprocesador – Multicomputador (proceso distribuido)
• Razones – Compartir recursos físicos – Compartir recursos lógicos – Acelerar los cálculos – Modularidad – Comodidad
Sistemas operativos: una visión aplicada 3 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Sistema multiprogramado con un una CPU
Tiempo
Proceso A
Proceso B
Proceso C
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Sistemas operativos: una visión aplicada 4 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejecución en un sistema multiprocesador
Tiempo
Proceso B
Proceso A
Proceso C
Proceso D
CPU 1
CPU 2
Sistemas operativos: una visión aplicada 5 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Tipos de procesos concurrentes
• Tipos de procesos – Independientes – Cooperantes
• Interacción entre procesos – Compiten por recursos – Comparten recursos
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Sistemas operativos: una visión aplicada 6 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Problemas clásicos de comunicación y sincronización
• El problema de la sección crítica• El problema del productor-consumidor• El problema de los lectores-escritores• Comunicación cliente-servidor
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Problema de la sección crítica
• Sistema compuesto por n procesos • Cada uno tiene un fragmento de código: sección crítica• Sólo uno de los procesos en cada instante puede ejecutar en la
sección crítica– Cuando un proceso está ejecutando en la sección crítica,
ningún otro puede hacerlo
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Sistemas operativos: una visión aplicada 8 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplo 1
S1 = 1 +...+ 50
ni = 1nf = 50
ni =51nf = 100
S2 = 51 +....+ 100
Proceso ligeroprincipal
suma_total = S1 + S2
Sistemas operativos: una visión aplicada 9 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplo 1
• Calcula la suma de los N primeros números utilizando procesos ligeros.int suma_total = 0; void suma_parcial(int ni, int nf) {
int j = 0;int suma_parcial = 0;for (j = ni; j <= nf; j++)
suma_parcial = suma_parcial + j;suma_total = suma_total + suma_parcial;pthread_exit(0);
}
• Si varios procesos ejecutan concurrentemente este código se puede obtener un resultado incorrecto.
• Solución: secciones críticas
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Sistemas operativos: una visión aplicada 10 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplo con sección crítica
void suma_parcial(int ni, int nf) {int j = 0;int suma_parcial = 0;for (j = ni; j <= nf; j++)
suma_parcial = suma_parcial + j;
<Entrada en la sección crítica>suma_total = suma_total + suma_parcial;<Salida de la sección crítica>pthread_exit(0);
}
Sistemas operativos: una visión aplicada 11 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplo 2void ingresar(char *cuenta, int cantidad) {
int saldo, fd;fd = open(cuenta, O_RDWR);read(fd, &saldo, sizeof(int));saldo = saldo + cantidad;lseek(fd, 0, SEEK_SET);write(fd, &saldo, sizeof(int));close(fd);return;
}
• Si dos procesos ejecutan concurrentemente este código se puede perder algún ingreso.
• Solución: secciones críticas
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Ejemplo 2 con sección crítica
void ingresar(char *cuenta, int cantidad) {int saldo, fd;
fd = open(cuenta, O_RDWR);<Entrada en la sección crítica>
read(fd, &saldo, sizeof(int));saldo = saldo + cantidad;lseek(fd, 0, SEEK_SET);write(fd, &saldo, sizeof(int));
<Salida de la sección crítica>close(fd);return;
}
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Ejemplo 3
Procesador 1 Procesador 2
PID = 500
PID = 501
PID = 501
PID = 500
Lee PID
Escribe PID
Escribe PID
Incrementa yasigna PID
Incrementa yasigna PID
PID = 500
Registro o posición de memoria
PID = 501
PID = 501
Lee PID
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Sistemas operativos: una visión aplicada 14 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Solución al problema de la sección crítica
• Estructura general de cualquier mecanismo utilizado para resolver el problema de la sección crítica:
Entrada en la sección críticaCódigo de la sección críticaSalida de la sección crítica
• Requisitos que debe ofrecer cualquier solución para resolver el problema de la sección crítica:– Exclusión mutua – Progreso – Espera limitada
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Problema del productor-consumidor
ProcesoProductor
ProcesoConsumidor
Mecanismo de comunicación
Flujo de datos
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El problema de los lectores-escritores
EscritorLector Lector Escritor Lector
Recurso
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Comunicación cliente-servidor
Computador Computador
Procesocliente
S.O.
Petición
Respuesta
Procesoservidor
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Mecanismos de comunicación
• Archivos• Tuberías (pipes, FIFOS)• Variables en memoria compartida • Paso de mensajes
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Mecanismos de Sincronización
• Construcciones de los lenguajes concurrentes (procesos ligeros) • Servicios del sistema operativo:
– Señales (asincronismo) – Tuberías (pipes, FIFOS)– Semáforos – Mutex y variables condicionales – Paso de mensajes
• Las operaciones de sincronización deben ser atómicas
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Sistemas operativos: una visión aplicada 20 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Tuberías (POSIX)
• Mecanismo de comunicación y sincronización – Sin nombre: pipes– Con nombre: FIFOS
• Sólo puede utilizarse entre los procesos hijos del proceso que creó el pipe
int pipe(int fildes[2]);
• Identificación: dos descriptores de archivo– Para lectura– Para escritura
• Flujo de datos: unidireccional • Mecanismo con capacidad de almacenamiento
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Comunicación unidireccional con tuberías
Procesode Usuario
Procesode Usuario
pipe
SO
write read
Flujo de datos
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Sistemas operativos: una visión aplicada 22 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Comunicación bidireccional con tuberías
Procesode Usuario
Procesode Usuario
SO
write write readread
Flujo de datos
Flujo de datos
pipe
pipe
Sistemas operativos: una visión aplicada 23 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Tuberías (II)
• read(fildes[0], buffer, n)– Pipe vacío se bloquea el lector – Pipe con p bytes
• Si p ≥ n devuelve n• Si p < n devuelve p
– Si pipe vacío y no hay escritores devuelve 0
• write(fildes[1], buffer, n)– Pipe lleno se bloquea el escritor – Si no hay lectores se recibe la señal SIGPIPE
• Lecturas y escrituras atómicas (cuidado con tamaños grandes)
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Sistemas operativos: una visión aplicada 24 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Secciones críticas con tuberías
void main(void) {int fildes[2]; /* pipe para sincronizar */char c; /* caracter para sincronizar */
pipe(fildes);write(fildes[1], &c, 1); /* necesario para entrar en la
seccion critica la primera vez */if (fork() == 0) { /* proceso hijo */
for(;;) {read(fildes[0], &c, 1); /* entrada seccion critica */< Seccion critica >write(fildes[1], &c, 1); /* salida seccion critica */
}
Sistemas operativos: una visión aplicada 25 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Secciones críticas con tuberías (II)
} else { /* proceso padre */for(;;) {
read(fildes[0], &c, 1); /* entrada seccion critica */< seccion critica >write(fildes[1], &c, 1); /* salida seccion critica */
}}
}
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Sistemas operativos: una visión aplicada 26 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Productor-consumidor con tuberías
void main(void) {int fildes[2]; /* pipe para comunicar y sincronizar */int dato_p[4]; /* datos a producir */int dato_c; /* dato a consumir */
pipe(fildes);
if (fork() == 0) { /* proceso hijo: productor */for(;;) {
< producir dato_p, escribe 4 enteros *write(fildes[1], dato_p, 4*sizeof(int));
}
Sistemas operativos: una visión aplicada 27 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Productor-consumidor con tuberías (II)
} else { /* proceso padre: consumidor */
for(;;) { read(fildes[0], &dato, sizeof(int)); /* consumir dato, lee un entero */
}}
}
Procesohijo
Procesopadre
Pipe
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Sistemas operativos: una visión aplicada 28 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejecución de mandatos con tuberías/* programa que ejecuta el mandato ``ls | wc'' */
void main(void) {
int fd[2];pid_t pid;
if (pipe(fd) < 0) {perror(``pipe'');exit(-1);
}pid = fork(); switch(pid) {
case -1: /* error */perror(``fork'');exit(-1);
ls wcpipe
Sistemas operativos: una visión aplicada 29 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejecución de mandatos con tuberías (II)
case 0: /* proceso hijo ejecuta ``ls'' */close(fd[0]); /* cierra el pipe de lectura */close(STDOUT_FILENO); /* cierra la salida estandar */dup(fd[1]);close(fd[1]);execlp(``ls'',``ls'',NULL);perror(``execlp'');exit(-1);
default: /* proceso padre ejecuta ``wc'' */close(fd[1]); /* cierra el pipe de escritura */close(STDIN_FILENO); /* cierra la entrada estandar */dup(fd[0]);close(fd[0]); execlp(``wc'',``wc'',NULL);perror(``execlp'');
}}
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Sistemas operativos: una visión aplicada 30 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejecución de mandatos con tuberías (III)•Proceso
•STDIN•STDOUT
•pipe(fd) •fork()
•Proceso
•STDIN•STDOUT•fd[0]•fd[1]
•pipe
•redirección
•Proceso hijo
•STDIN•STDOUT•fd[0]•fd[1]
•Proceso
•STDIN•STDOUT•fd[0]•fd[1]
•pipe
•exec
•Proceso hijo
•STDIN
•STDOUT
•Proceso
•STDIN
•STDOUT•pipe
•Proceso hijo
•STDIN
•STDOUT
•Proceso
•ls •wc
•STDIN
•STDOUT•pipe
Sistemas operativos: una visión aplicada 31 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Tuberías con nombre en POSIX (FIFOS)
• Igual que los pipes • Mecanismo de comunicación y sincronización con nombre • Misma máquina • Servicios
– int mkfifo(char *name, mode_t mode);• Crea un FIFO con nombre name
– int open(char *name, int flag);• Abre un FIFO (para lectura, escritura o ambas) • Bloquea hasta que haya algún proceso en el otro extremo
• Lectura y escritura mediante read() y write()– Igual semántica que los pipes
• Cierre de un FIFO mediante close()• Borrado de un FIFO mediante unlink()
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Sistemas operativos: una visión aplicada 32 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Semáforos
• Mecanismo de sincronización • Misma máquina • Objeto con un valor entero • Dos operaciones atómicas
– wait– signal
Sistemas operativos: una visión aplicada 33 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Operaciones sobre semáforos
wait(s){
s = s - 1;if (s < 0) {
<Bloquear al proceso>}
}
signal(s){
s = s + 1;if (s <= 0)
<Desbloquear a un proceso bloqueado por la operacion wait>
}}
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Sistemas operativos: una visión aplicada 34 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Secciones críticas con semáforos
wait(s); /* entrada en la seccion critica */< seccion critica >signal(s); /* salida de la seccion critica */
• El semáforo debe tener valor inicial 1 P0
Valor delsemáforo (s)
wait(s)
signal(s)
signal(s)
signal(s)
wait(s)
desbloquea
desbloquea
wait(s)
1
1
0-1
-2
-1
0
P1 P2
Ejecutando código de la sección crítica
Proceso bloqueado en el semáforo
Sistemas operativos: una visión aplicada 35 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Semáforos POSIX• int sem_init(sem_t *sem, int shared, int val);
– Inicializa un semáforo sin nombre• int sem_destroy(sem_t *sem);
– Destruye un semáforo sin nombre• sem_t *sem_open(char *name, int flag, mode_t mode,
int val);– Abre (crea) un semáforo con nombre.
• int sem_close(sem_t *sem);– Cierra un semáforo con nombre.
• int sem_unlink(char *name);– Borra un semáforo con nombre.
• int sem_wait(sem_t *sem);– Realiza la operación wait sobre un semáforo.
• int sem_post(sem_t *sem);– Realiza la operación signal sobre un semáforo.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 36 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Productor-consumidor con semáforos (buffer acotado y circular)
Consumidor
Productor
Sistemas operativos: una visión aplicada 37 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Productor-consumidor con semáforos (II)
#define MAX_BUFFER 1024 /* tamanio del buffer */#define DATOS_A_PRODUCIR 100000 /* datos a producir */
sem_t elementos; /* elementos en el buffer */sem_t huecos; /* huecos en el buffer */int buffer[MAX_BUFFER]; /* buffer comun */
void main(void){
pthread_t th1, th2; /* identificadores de threads */
/* inicializar los semaforos */sem_init(&elementos, 0, 0);sem_init(&huecos, 0, MAX_BUFFER);
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Sistemas operativos: una visión aplicada 38 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Productor-consumidor con semáforos (III)
/* crear los procesos ligeros */pthread_create(&th1, NULL, Productor, NULL);pthread_create(&th2, NULL, Consumidor, NULL);
/* esperar su finalizacion */pthread_join(th1, NULL);pthread_join(th2, NULL);
sem_destroy(&huecos);sem_destroy(&elementos);exit(0);
}
Sistemas operativos: una visión aplicada 39 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Productor-consumidor con semáforos (IV)void Productor(void) /* codigo del productor */{
int pos = 0; /* posicion dentro del buffer */int dato; /* dato a producir */int i;
for(i=0; i < DATOS_A_PRODUCIR; i++ ) {dato = i; /* producir dato */sem_wait(&huecos); /* un hueco menos */buffer[pos] = i;pos = (pos + 1) % MAX_BUFFER;sem_post(&elementos); /* un elemento mas */
}pthread_exit(0);
}
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Sistemas operativos: una visión aplicada 40 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Productor-consumidor con semáforos (V)
void Consumidor(void) /* codigo del Consumidor */{
int pos = 0;int dato;int i;
for(i=0; i < DATOS_A_PRODUCIR; i++ ) {sem_wait(&elementos); /* un elemento menos */dato = buffer[pos];pos = (pos + 1) % MAX_BUFFER;sem_post(&huecos); /* un hueco mas *//* consumir dato */
}pthread_exit(0);
}
Sistemas operativos: una visión aplicada 41 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Lectores-escritores con semáforos
int dato = 5; /* recurso */int n_lectores = 0; /* numero de lectores */sem_t sem_lec; /* controlar el acceso n_lectores */sem_t mutex; /* controlar el acceso a dato */
void main(void){
pthread_t th1, th2, th3, th4;
sem_init(&mutex, 0, 1);sem_init(&sem_lec, 0, 1);
pthread_create(&th1, NULL, Lector, NULL);pthread_create(&th2, NULL, Escritor, NULL);pthread_create(&th3, NULL, Lector, NULL);pthread_create(&th4, NULL, Escritor, NULL);
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Sistemas operativos: una visión aplicada 42 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Lectores-escritores con semáforos (II)
pthread_join(th1, NULL);pthread_join(th2, NULL);pthread_join(th3, NULL);pthread_join(th4, NULL);
/* cerrar todos los semaforos */sem_destroy(&mutex);sem_destroy(&sem_lec);
exit(0);}
Sistemas operativos: una visión aplicada 43 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Lectores-escritores con semáforos (III)
/* codigo del lector */void Lector(void) { /* codigo del lector */
sem_wait(&sem_lec);n_lectores = n_lectores + 1;if (n_lectores == 1)
sem_wait(&mutex);sem_post(&sem_lec);
printf(``%d\n'', dato); /* leer dato */
sem_wait(&sem_lec);n_lectores = n_lectores - 1;if (n_lectores == 0)
sem_post(&mutex);sem_post(&sem_lec);pthread_exit(0);
}
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Sistemas operativos: una visión aplicada 44 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Lectores-escritores con semáforos (IV)
/* código del escritor */
void Escritor(void) { /* codigo del escritor */sem_wait(&mutex); dato = dato + 2; /* modificar el recurso */sem_post(&mutex);
pthread_exit(0);}
Sistemas operativos: una visión aplicada 45 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Memoria compartida
• Declaración independiente de variables
Datos
Texto
Proceso A Proceso B
Pila
TextoDatos
PilaSegmento de memoriacompartida
var1
2
var2
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Sistemas operativos: una visión aplicada 46 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Mutex
• Un mutex es un mecanismo de sincronización indicado para procesos ligeros.
• Es un semáforo binario con dos operaciones atómicas: – lock(m) Intenta bloquear el mutex, si el mutex ya está
bloqueado el proceso se suspende. – unlock(m) Desbloquea el mutex, si existen procesos
bloqueados en el mutex se desbloquea a uno.
Sistemas operativos: una visión aplicada 47 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Secciones críticas con mutex
lock(m); /* entrada en la seccion critica */< seccion critica >unlock(s); /* salida de la seccion critica */
• La operación unlock debe realizarla el proceso ligero que ejecutó lock
Proceso ligero A
lock mutex
Seccióncrítica
Proceso ligero B
lock mutex
unlock mutex obtiene mutex Proceso ligero ejecutando
Proceso ligero bloqueado
Punto de sincronización
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Sistemas operativos: una visión aplicada 48 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Paso de mensajes• Permite resolver:
– Exclusión mutua – Sincronizar entre un proceso que recibe un mensaje y otro que lo envía – Comunicación de datos entre espacios de memoria diferentes (mismo
computador, diferentes computadores) • Primitivas básicas:
– send(destino, mensaje) envía un mensaje al proceso destino – receive(destino, mensaje) recibe un mensaje del proceso destino
• Múltiples soluciones • Aspectos de diseño
– Tamaño del mensaje– Flujo de datos (unidireccional, bidireccional)– Nombrado
• Directo• Indirecto (puertos, colas)
– Sincronización (síncrono, asíncrono)– Almacenamiento
Sistemas operativos: una visión aplicada 49 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Uso de colas y puertos
Comunicación con puertosComunicación con colas de mensajes
Proceso cliente Proceso clientesend
mensaje
receive
Cola de mensajes
Proceso cliente Proceso cliente
mensaje
Puertosend
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Sistemas operativos: una visión aplicada 50 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Colas de mensajes POSIX
mqd_t mq_open(char *name, int flag, mode_t mode, mq_attr *attr);
– Crea una cola de mensajes con nombre y atributos attr: • Número máximo de mensajes. • Tamaño máximo del mensaje. • Bloqueante, No bloqueante.
int mq_close (mqd_t mqdes);– Cierra una cola de mensajes.
int mq_unlink(char *name);– Borra una cola de mensajes.
Sistemas operativos: una visión aplicada 51 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Colas de mensajes POSIX (II)
int mq_send(mqd_t mqdes, char *msg, size_t len, int prio);
– Envía el mensaje msg de longitud len a la cola de mensajes mqdes con prioridad prio;
– Si la cola está llena el envío puede ser bloqueante o no.
int mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg, size_t len,int prio);
– Recibe un mensaje msg de longitud len de la cola de mensajes mqdes con prioridad prio;
– Recepción bloqueante o no.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 52 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servidor multithread con colas de mensajes
Proceso cliente
Cola del cliente
Proceso cliente
Cola del cliente
Cola del servidor
Proceso servidor
petición
petición
respuestarespuesta
Creación delthread
Creación delthread
Thread quesirve la petición
Thread quesirve la petición
Sistemas operativos: una visión aplicada 53 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servidor multithread con colas de mensajes (II)
/* estructura de un mensaje */struct mensaje {
char buffer[1024]; /* datos a enviar */char cliente[256]; /* cola del cliente */
};
/* mutex y variables condicionales para proteger la copia del mensaje */
pthread_mutex_t mutex_mensaje;int mensaje_no_copiado = TRUE;pthread_cond_t cond;
void main(void){mqd_t q_servidor; /* cola del servidor */struct mensaje mess; /* mensaje a recibir */struct mq_attr q_attr; /* atributos de la cola */pthread_attr_t t_attr; /* atributos de los threads */
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Sistemas operativos: una visión aplicada 54 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servidor multithread con colas de mensajes (II)
attr.mq_maxmsg = 20;attr.mq_msgsize = sizeof(struct mensaje));
q_servidor = mq_open("SERVIDOR", O_CREAT|O_RDONLY, 0700, &attr);
pthread_mutex_init(&mutex_mensaje, NULL);pthread_cond_init(&cond, NULL);pthread_attr_init(&attr);pthread_attr_setscope(&attr,PTHREAD_SCOPE_SYSTEM);pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);
Sistemas operativos: una visión aplicada 55 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servidor multithread con colas de mensajes (III)
while (TRUE) {mq_receive(q_servidor, &mess, sizeof(struct mensaje), 0);
pthread_create(&thid, &attr, tratar_mensaje, &mess);
/* se espera a que el thread copie el mensaje */pthread_mutex_lock(&mutex_mensaje);while (mensaje_no_copiado)
pthread_cond_wait(&cond, &mutex_mensaje);mensaje_no_copiado = TRUE;pthread_mutex_unlock(&mutex_mensaje);
}}
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Sistemas operativos: una visión aplicada 56 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servidor multithread con colas de mensajes (IV)
void tratar_mensaje(struct mensaje *mes){
struct mensaje mensaje_local;struct mqd_t q_cliente; /* cola del cliente */struct mensaje respueta; /* mensaje de respuesta al cliente */
/* el thread copia el mensaje */pthread_mutex_lock(&mutex_mensaje);memcpy((char *) &mensaje_local, (char *)&mes,
sizeof(struct mensaje));
/* ya se puede despertar al servidor*/pthread_mutex_lock(&mutex_mensaje);mensaje_no_copiado = FALSE;pthread_cond_signal(&cond);pthread_mutex_unlock(&mutex_mensaje);
Sistemas operativos: una visión aplicada 57 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servidor multithread con colas de mensajes (V)
/* ejecutar la petición del cliente *//* y preparar respuesta */
/* responder al cliente a su cola */q_cliente = mq_open(mensaje_local.nombre, O_WRONLY);
mqsend(q_cliente, (char *) &respueta, sizeof(respuesta), 0);
mq_clise(q_cliente);
pthread_exit(0);}
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Sistemas operativos: una visión aplicada 58 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplo de código cliente
/* estructura de un mensaje */struct mensaje {
char buffer[1024]; /* datos a enviar */char cliente[256]; /* cola del cliente */
};
void main(void){
mqd_t q_servidor; /* cola del servidor */mqd_t q_cliente; /* cola del cliente */struct mq_attr q_attr; /* atributos de la cola */struct mensaje peticion; /* peticion al servidor */struct mensaje respuesta; /* respuesta del servidor */
attr.mq_maxmsg = 1;attr.mq_msgsize = sizeof(struct mensaje));
Sistemas operativos: una visión aplicada 59 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplo de código cliente (II)
q_cliente = mq_open("CLIENTE", O_CREAT|O_RDONLY, 0700, 0);q_servidor = mq_open("SERVIDOR", O_WRONLY);
/* preparar peticion */mq_send(q_servidor, &petcicion, sizeof(struct mensaje), 0);
/* esperar respuesta */mq_receive(q_cliente, &respuesta, sizeof(struct mensaje), 0);
mq_close(q_servidor);mq_close(q_cliente);mq_unlink("CLIENTE");
exit(0);}
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Sistemas operativos: una visión aplicada 60 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Implementación de mecanismos de sincronización
• Espera activa:wait(s) {
s = s – 1;while (s < 0)
;
signal(s) {s = s + 1;
• Espera pasivawait(s) {
s = s – 1;if (s < 0)
Bloquear al proceso;
signal(s) {s = s + 1;if (s <= 0)
Desbloquear a un proceso bloqueado en la operación wait;}
Sistemas operativos: una visión aplicada 61 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Implementación de la espera pasiva
• Operaciones para bloquear a un proceso en un semáforo
(a)
Tabla de procesos
BCP1 BCP7BCP2 BCP8BCP3 BCP9BCP4 BCP10BCP5 BCP11BCP6 BCP12
1 90 56 11 87 0
Cola asociada al semáforo 7
(b)
Tabla de procesos
BCP1 BCP7BCP2 BCP8BCP3 BCP9BCP4 BCP10BCP5 BCP11BCP6 BCP12
1 90 56 11 87Bloq.
Bloq. Ejec.EstadoPID
EstadoPID
Bloq. Bloq.0
Cola asociada al semáforo 7 11
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Sistemas operativos: una visión aplicada 62 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Implementación de la espera pasiva
• Operaciones para desbloquear a un proceso bloqueado en un semáforo
(a)
(b)
Tabla de procesos
BCP1 BCP7BCP2 BCP8BCP3 BCP9BCP4 BCP10BCP5 BCP11BCP6 BCP12
1 90 56 11 87ListoEstado
PIDBloq. Bloq.
0
Cola asociada al semáforo 11
Tabla de procesos
BCP1 BCP7BCP2 BCP8BCP3 BCP9BCP4 BCP10BCP5 BCP11BCP6 BCP12
1 90 56 11 87Bloq.Estado
PIDBloq. Bloq.
0
Cola asociada al semáforo 7 11
Sistemas operativos: una visión aplicada 63 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Instrucciones hardware especiales
• Operación atómicasint test-and-set(int *valor) {int temp;
temp = *valor;*valor = 1; /* true */return temp;
}
void swap (int *a, int *b) {int temp;
temp = *a;*a = *b;*b = temp;return;
}
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Sistemas operativos: una visión aplicada 64 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Sección crítica con test-and-set
• Los procesos comparten la variable lock (con valor inicial afalse)
while (test-and-set(&lock));
<Código de la sección crítica>
lock = false;
Sistemas operativos: una visión aplicada 65 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Sección crítica con swap
• Los procesos comparten la variable lock con valor inicial false.• Cada proceso utiliza una variable local llave.
llave = true;do
swap(lock, llave);while (llave != false);<Código de la sección crítica>lock = false;
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Sistemas operativos: una visión aplicada 66 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Implementación de un semáforo con test-and-set
wait(s){while (test-and-set(&valor_s))
;s = s - 1;if (s < 0){
valor_s = false;Bloquear al proceso;
}else
valor_s = false;}
signal(s){while (test-and-set(&valor_s))
;s = s + 1;if ( s <= 0){
Desbloquear a un proceso bloqueado en la operación wait;
}valor_s = false;
}
Sistemas operativos: una visión aplicada 67 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Interbloqueos
• Bloqueo permanente de un conjunto de procesos que compiten por los recursos del sistema o se comunican entre sí.
• Ejemplo: Si P y Q con semáforos con valor inicial 1
P1 P2wait(P) wait(Q)wait(Q) wait(P)... ...
signal(P) signal(Q)signal(Q) siangl(P)
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Sistemas operativos: una visión aplicada 68 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplo de interbloqueo
Q
P
BA
Sistemas operativos: una visión aplicada 69 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Interbloqueos II
• Ejemplo: Si C1 y C2 son dos colas de mensajes:
P1 P2receive(P2, M) receive(P1, N)... ...
send(P2, M) send(P1, N)
• Condiciones del interbloqueo: – Exclusión mutua – Retención y espera – No apropiación – Espera circular
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Sistemas operativos: una visión aplicada 70 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servicios Posix: Tuberías
• Crear una tubería sin nombre– int pipe(int fildes[2]);
• Crear una tuberías con nombre– int mkfifo(char *name, mode_t mode);
• Abrir una tubería con nombre– int open(char *fifo, int flag);
• Cerrar una tubería– int close(int fd);
• Borrar una tubería con nombre– int unlink(char *fifo);
• Leer de una tubería– int read(fildes[0], buffer, n);
• Escribir en una tubería– int write(fildes[1], buffer, n);
Sistemas operativos: una visión aplicada 71 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servicios Posix: Semáforos
• int sem_init(sem_t *sem, int shared, int val);– Inicializa un semáforo sin nombre
• int sem_destroy(sem_t *sem);– Destruye un semáforo sin nombre
• sem_t *sem_open(char *name, int flag, mode_t mode, int val);
– Abre (crea) un semáforo con nombre.• int sem_close(sem_t *sem);
– Cierra un semáforo con nombre.• int sem_unlink(char *name);
– Borra un semáforo con nombre.• int sem_wait(sem_t *sem);
– Realiza la operación wait sobre un semáforo. • int sem_post(sem_t *sem);
– Realiza la operación signal sobre un semáforo.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 72 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servicios Posix: Mutex
• int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, pthread_mutexattr_t * attr);
– Inicializa un mutex.
• int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex) ;– Destruye un mutex.
• int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);– Intenta obtener el mutex. Bloquea al proceso ligero si el mutex se
encuentra adquirido por otro proceso ligero. • int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
– Desbloquea el mutex.
Sistemas operativos: una visión aplicada 73 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servicios Posix: Colas de mensajes
• mqd_t mq_open(char *name, int flag, mode_t mode, mq_attr *attr);
– Crea una cola de mensajes con nombre y atributos attr: • Número máximo de mensajes. • Tamaño máximo del mensaje. • Bloqueante, No bloqueante.
• int mq_close (mqd_t mqdes);– Cierra una cola de mensajes.
• int mq_unlink(char *name);– Borra una cola de mensajes.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 74 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servicios Posix: Colas de mensajes (II)
• int mq_send(mqd_t mqdes, char *msg, size_t len, int prio);
– Envía el mensaje msg de longitud len a la cola de mensajes mqdes con prioridad prio;
– Si la cola está llena el envío puede ser bloqueante o no.
• int mq_receive(mqd_t mqdes, char *msg, size_t len,int prio);
– Recibe un mensaje msg de longitud len de la cola de mensajes mqdes con prioridad prio;
– Recepción bloqueante o no.
Sistemas operativos: una visión aplicada 75 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Wind32: Servicios de sincronización
• DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, DWORDdwMilliseconds);
• DWORD WaitForMultipleObjects(DWORD nCount, CONST HANDLE *lpHandles, BOOL fWaitFail, DWORD dwMilliseconds);
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Sistemas operativos: una visión aplicada 76 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Wind32: Tuberías
• Crear una tubería sin nombre– BOOL CreatePipe(PHANDLE phRead, PHANDLE phWrite,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa, DWORD cbPipe);
• Crear una tubería con nombre– HANDLE CreateNamedPipe (LPCTSTR lpszPipeName, DWORD
fdwOpenMode, DWORD fdwPipeMode, DWORD nMaxInstances, DWORD cbOutBuf, DWORD cbInBuf, DWORD dwTimeOut, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa);
• Abrir una tubería con nombre – HANDLE CreateFile(LPCSTR lpFileName, DWORD
dwDesiredAccess,DWORD dwShareMode, LPVOIDlpSecurityAttributes, DWORD CreationDisposition, DWORDdwFlagsAndAttributes, HANDLE hTemplateFile);
Sistemas operativos: una visión aplicada 77 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Wind32: Tuberías (II)
• Cerrar una tubería con nombre– BOOL CloseHandle (HANDLE hfile);
• Leer de una tubería– BOOL ReadFile (HANDLE hFile, LPVOID lpBuffer, DWORD
nBytes, LPDWORD lpnBytes, LPOVERLAPPED lpOverlapped);
• Escribir en una tubería– BOOL WriteFile (HANDLE hFile, LPVOID lpBuffer, DWORD
nBytes, LPDWORD lpnBytes, LPOVERLAPPED lpOverlapped);
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Sistemas operativos: una visión aplicada 78 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Wind32: Secciones críticas
• VOID InitializeCriticalSection(LPCCRITICAL_SECTION lpcsCriticalSection);
• VOID DeleteCriticalSection(LPCCRITICAL_SECTION lpcsCriticalSection);
• VOID EnterCriticalSection(LPCCRITICAL_SECTION lpcsCriticalSection);
• VOID LeaveCriticalSection(LPCCRITICAL_SECTION lpcsCriticalSection);
Sistemas operativos: una visión aplicada 79 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Wind32: Semáforos
• Crear un semáforo– HANDLE CreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa,
LONG cSemInitial, LONG cSemMax, LPCTSTRlpszSemName);
• Abrir un semáforo– HANDLE OpenSemaphore(LONG dwDesiredAccess, LONG
BinheritHandle, lpszName SemName);
• Operación wait– DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hSem,
DWORD dwTimeOut);
• Operación signal– BOOL ReleaseSemaphore(HANDLE hSemaphore,
LONG cReleaseCount, LPLONG lpPreviousCount);
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Sistemas operativos: una visión aplicada 80 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Wind32: Mutex y eventos
• Crear un mutex– HANDLE CreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa, BOOL fInitialOwner, LPCTSTR lpszMutexName);
• Abrir un mutex– HANDLE OpenMutex(LONG dwDesiredAccess, LONG BineheritHandle,
lpszName SemName);
• Cerrar un mutex– BOOL CloseHandle(HANDLE hObject);
• Operación lock– DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hMutex, DWORD dwTimeOut);
• Operación unlonk– BOOL ReleaseMutex(HANDLE hMutex);
Sistemas operativos: una visión aplicada 81 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Wind32: Mutex y eventos (II)
• Crear un evento– HANDLE CreateEvent(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa, BOOL
fManualReset, BOOL fInitialState, LPTCSTR lpszEventName);
• Destruir un evento– BOOL CloseHandle(HANDLE hObject);
• Esperar por un evento– DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hEvent, DWORD
dwTimeOut);
• Notificar un evento– BOOL SetEvent(HANDLE hEvent);– BOOL PulseEvent(HANDLE hEvent);
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