2. Conceptos
Herramienta de sincronización (provista por el
SO).
Un semáforo S es una variable de tipo entero, que
además de ser inicializada.
Puede ser accedida a través de dos operaciones
atómicas y mutuamente excluyentes
– wait(S) o P(S) o down(S)
– signal(S) o V(S) o up(S)
Para evitar busy-waiting, cuando un procesos
tiene que esperar, se pondra en una cola de
procesos bloqueados esperando un evento.
3. Conceptos
Semáforo puede ser implementado como una
estructura con dos campos
– count : integer
– queue: list of processes
Cuando un proceso debe esperar por un
semáforo S, el es bloqueado (block() ) y colocado
en la cola del semaforo.
La operación de signal remueve (wakeup() )un
proceso desde la cola y lo coloca en la lista de
procesos ready.
4. Semáforos binarios y
semáforos generales
• Semáforo binario
– Solo puede tener dos valores, 0 y 1, y
es la forma más común de semáforo.
• Semáforo general
– Son semáforos que pueden tomar
muchos valores positivos.
5. Semáforos
type semaphore = record
count: integer;
queue: list of process
end;
var S: semaphore;
• Cuando un proceso debe esperar a un semáforo S, se
bloquea y se pone en la cola del semáforo S.
• La operación signal quita (con la política FIFO) un
proceso de la cola y lo pone en la cola de procesos
listos.
6. Observaciones de Semaforos
(Negativos)
• Si S.count >=0
– El número de procesos que pueden ejecutar
wait(S) sin que se bloqueen = S.count
• Si S.count<0
– el número de procesos que están esperando en S
es = S.count|
7. Semáforos sin busy-waiting
wait(S):
S.count- -;
if (S.count < 0) {
colocar este proceso en S.queue
block este proceso (block), o sleep el proceso
{
signal(S):
S.count++;
if (S.count < = 0){
remover el proceso de la cola
colocar este proceso en lista de ready (wakeup(P))
}
La magnitud del valor negativo es el numero de procesos en
waiting.
8. Operaciones
Atomicidad y exclusión mutua implica que dos
procesos NO pueden estar en wait(S) y signal(S)
al mismo tiempo sobre el mismo S.
Los bloques de código definidos por wait (S) y
signal (S) son secciones críticas.
Las secciones críticas definidas por wait (S) y
signal (S) son muy cortas, típicamente 10
instrucciones.
9. Exclusión Mutua
N procesos. S inicializado en 1.
Un solo proceso le es permitido entrar en la SC.
Proceso Pi:
repeat
wait(S)
SC
signal(S)
RS
until false
10. Sincronización
Sea P1 y P2 dos procesos. La instr. S1 de P1
necesita ser ejecutada antes que la instr. S2 de
P2.
Definimos un semáforo synch, el cual
inicializamos en cero. synch=0
La sincronización la obtenemos
P1: S1;
signal(synch);
P2: wait(synch);
S2;
11. Synchronizing with SemaphoresSynchronizing with Semaphores
♥Mutual Exclusion:Mutual Exclusion:
wait(mutex);
critical section
signal(mutex);
♥Synchronization:Synchronization:
requirement: S2 executed after S1 is
completed
Synch = 0
P1: S1; P2: wait(Synch);(Synch);
signal(Synch);(Synch); S2;
12. deadlocks with Semaphores...deadlocks with Semaphores...
♥Two processes p0 and p1
♥Two semaphores QQ and SS
p0 : p1:
wait(S);(S); wait(Q);wait(Q);
wait(Q);wait(Q); wait(S);wait(S);
…….. …..…..
signal(S);signal(S); signal(Q);signal(Q);
signal(Q);signal(Q); signal(S);signal(S);
♥ p0 does the first line, then p1 and so on...
13. More on Synchronization...More on Synchronization...
Three processes p1; p2; p3
semaphores s1 = 1, s2 = 0s1 = 1, s2 = 0;
p1p1 p2p2 p3p3
wait(s1s1); wait(s2s2); wait(s2s2);
.. code .. .. code .. .. code ..
signal(s2s2); signal(s2s2); signal(s1s1);
the ordering of the processes isthe ordering of the processes is
((p1(p2*(p3)))*p1(p2*(p3)))*
14. What’s wrong with busy waitingWhat’s wrong with busy waiting
♥Wastes cpu time by waiting
♥Side effects:
♦Two processes with different priorities arrive
at their critical section in an order inverse to
their priorities
♦The higher priority process gets time-slices
♦The lower priority process cannot complete its
processing of its critical section and leave !
Priority Inversion
15. Semaforos Binarios
Los semaforos que hemos estudiado son
llamados contadores o enteros.
Tenemos tambien semáforos binarios.
– Similar a los anteriores solo que count tiene valor
boolean
16. Spinlocks
Son semáforos enteros que usan busy waiting,
en lugar de blocking.
Util sobre multiprocesadores …..
Se gasta tiempo de CPU pero salvamos switch
entre procesos
wait(S): S--;
while S< 0 do{}
signal(S): S++;
18. Bounded - Buffer
N :buffer de un items cada uno.
mutex :semáforo inicializado en 1.
Full : semáforo inicializado en 0. (contador)
Empty : semáforo inicializado en N. (contador)
La estructura del proceso
Productor
while (TRUE) { (Obs: el productor por Empty >0
produce item; para poder anadir items.
wait(Empty);
wait(mutex);
añade item al buffer;
signal(mutex);
signal(Full);
}
19. Bounded- Buffer (cont)
La estructura del proceso
consumidor
while (TRUE) { (Obs: El consumidor espera por Full>0)
wait(Full);
wait(mutex);
remueve item del buffer;
signal(mutex);
signal(Empty);
consume item;
}
20. Readers - Writers
Data es compartida entre diferentes procesos concurrentes.
Lectores: leen solamente. No ejecutan modificaciones.
Escritores: leen y escriben
Problema: permitir múltiples lectores pero solamente un escritor.
Procesos lectores nunca esperan a menos que un escritor esté en su
sección crítica.
Data compartida
Conjunto de datos.
mutex :semáforo inicializado en 1.
wrt : semáforo inicializado en 1.
readcount : entero inicializado 0.
24. Problema
Cada filósofo es un proceso.
Un semáforo por tenedor
fork: array[0..4] of semáfores.
Para todo i inicializar fork[i].count=1
25. Filósofos - Solución
Process Pi
repeat
think;
wait(fork[i]);
wait(fork[(i+1) mod 5]);
eat;
signal(fork[(i+1) mod 5]);
signal(fork[i]);
until false
Problema : Deadlock
26. Filósofos - Solución
#define N 5
#define RIGHT(i) (((i)+1) %N)
#define LEFT(i) (((i)== N) ? 0 : (i)+1)
Typedef enum { THINKING, HUNGRY, EATING } phil_state;
phil_state state [N] ;
Semaphore mutex = 1;
Semaphore s [N] ;
void test (int i) {
if (state [i] == HUNGRY &&
state [LEFT(i)] != EATING &&
state [RIGHT(i)] != EATING ) { state [i] == EATING; signal(s[i]); }
}
void get_forks(int i) {
wait(mutex);
state [i] == HUNGRY;
test(i);
signal(mutex);
wait(s[i]);
}
28. Problemas con Semáforos
Semáforos son herramientas poderosas para
exclusión mutua y coordinación de procesos.
Difícil entender sus efectos cuando los wait(S) y
signal(S) están esparcidos entre varios
procesadores.
Uso debe ser correcto en todos los
procesadores. Es fácil cometer errores en la
programación de los semáforos
El tiempo durante el cual un proceso está
bloqueado en un semáforo no está limitado.