Este documento presenta información sobre sistemas operativos y transacciones en bases de datos. Explica conceptos clave como atomicidad, granularidad, secciones críticas y transacciones. También define propiedades ACID y describe cómo se implementa la atomicidad en bases de datos mediante mecanismos como registro de transacciones y páginas de sombra. Finalmente, introduce algoritmos paralelos y su relación con la resolución de problemas computacionales en máquinas paralelas.

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Curso: 7 S “A”
Asignatura: Sistemas
Operativos
Docente:
Ing. Jorge Hidalgo
Estudiantes:
 Mora Lombeida Lady
 Contreras Baque Pamela
 Barcia Intriago José
 Puya Castro Josué
 Alvarado Mendoza Luis
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL
ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN
CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN

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Es la primera de 4 propiedades que conforma ACID, en donde esta
herramienta garantiza que las transacciones en la base de datos se realicen de
forma confiable.
“Es la propiedad que asegura que la operación se ha realizado o no, y por lo
tanto ante un fallo del sistema no puede quedar a medias” (Reyes, 2015, pág.
5).
Es decir, se dice que una operación es atómica cuando es imposible para
otra parte de un sistema encontrar pasos intermedios. Si esta operación
consiste en una serie de pasos, todos ellos ocurren o ninguno.
•”Se refiere a que cuando se envía un mensaje a un grupo, este debe de
llegarles a todos los miembros o a ninguno, así como garantizar la consistencia”
(López, 2015, p. 63).
Atomicidad tiene dos palabras que la representa indivisibilidad e
irreductibilidad, permitiendo especificar que cada transacción sea "todo o nada":
si una parte de la transacción falla, todas las operaciones de la transacción
fallan, y por lo tanto la base de datos no sufre cambios. Un sistema atómico
tiene que garantizar la atomicidad en cualquier operación y situación,
incluyendo fallas de alimentación eléctrica, errores y caídas del sistema.
Por ejemplo, en el caso de una transacción bancaria o se ejecuta tanto el
depósito y la deducción o ninguna acción es realizada. Es una característica de
los sistemas transaccionales. El concepto también es relevante cuando se
programa con hilos de ejecución.
1.1 ATOMICIDAD: DEFINICIÓN

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1.2.1 Especificación de requerimientos
Según Cáceres (2014) afirma que:
“La atomicidad permite describir el patrón que responde a una situación o
problema específico, aunque este pueda presentarse en mucho entorno o
contextos distintos”.
Para ello detallo los niveles que se consideran por el entorno a la
especificaciones de requerimientos a la hora de ejecutar las transacciones
dentro del sistema de base de datos como:
 A nivel de aplicación requieren de las funcionalidad del
sistema operativo.
 A nivel del sistema de
archivos, los sistemas compatibles con POSIX proporcionan llamadas al
sistema como open(2)y flock(2)que permiten que las aplicaciones abran
o bloqueen un archivo de forma atómica.
 A nivel de proceso, los subprocesos POSIX proporcionan primitivas de
sincronización adecuadas.
 A nivel de hardware requiere operaciones atómicas como Probar y
configurar , Buscar y agregar , Comparar y cambiar o Cargar enlace /
Almacenar condicional , junto con barreras de memoria . Los sistemas
operativos portátiles no pueden simplemente bloquear las interrupciones
para implementar la sincronización, ya que el hardware que carece de
ejecución concurrente, como Hyper-Threading o multiprocesamiento, es
ahora extremadamente raro.
1.2.2 Prueba de atomicidad
En una transacción atómica se presenta una serie de operaciones en la base
de datos, en donde ocurren diversas acciones que se deseen realizar en un
periodo de tiempo, o no ocurre ninguna si no cumple con el requerimiento
especificado.
1.2 ESPECIFICACIÓN DE REQUERIMIENTOS Y PRUEBAS DE
ATOMICIDAD Y SEGURIDAD

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“La atomicidad previene que las actualizaciones a la base ocurren de forma
parcial, lo cual podría ocasionar mayores problemas de rechazar la transacción
entera” (Velazquez, 2015, pág. 8).
Por ello se puede tener en cuenta cual es el funcionamiento o prueba dentro
de un sistema de base de datos:
 Los sistemas implementan la atomicidad mediante algún mecanismo
que indica qué transacción comenzó y cuál finalizó; o manteniendo una
copia de los datos antes de que ocurran los cambios.
 Las bases de datos en general implementan la atomicidad usando algún
sistema de logging para seguir los cambios.
 El sistema sincroniza los logs a medida que resulta necesario una vez
que los cambios ocurren con éxito.
 El sistema de recuperación de caídas simplemente ignora las entradas
incompletas y determina que el proceso no se desarrolla o lo tome como
desechos
En los sistemas de almacenamiento NoSQL con consistencia eventual, la
atomicidad se especifica de forma más débil que en los sistemas relacionales,
y existe sólo para las filas.
Uno utilizado para hacer cumplir la atomicidad y durabilidad es write-ahead
logging (WAL), en el que cualquier detalle de la transacción se escribe primero
en un registro que incluye información de rehacer y deshacer. Esto garantiza
que, en caso de un fallo de la base de datos de cualquier tipo, la base de datos
pueda comprobar el registro y comparar su contenido con el estado de la base
de datos.

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Otro método utilizado para tratar la atomicidad y durabilidad es shadow-
paging, en el que se crea una página de sombra cuando se van a modificar los
datos. Las actualizaciones de la consulta se escriben en la página sombra y no
en los datos reales de la base de datos. La propia base de datos se modifica
sólo cuando se completa la edición.
1.2.3 Seguridad de atomicidad
Es la propiedad de las transacciones que permite observarlas como
operaciones atómicas: ocurren totalmente o no ocurren.
Según Paiz (2015) detalla que:
“La atomicidad mediante algún mecanismo indica que transacción comenzó
y finalizo, manteniendo una copia de los datos antes que pueda ocurrir cambios
repentinos”.
Si bien las bases de datos en general pueden implementar la atomicidad
usando algunos sistemas que siguientes instrucciones en base a los cambios
que se ejecutan de forma sincronizada a medida que resulten necesario.
Casos a considerar:
 Consultas unitarias: Incluso para consultas unitarias hay que preservar
la atomicidad: en un sistema operativo de tiempo compartido, la
ejecución concurrente de dos consultas SQL puede ser incorrecta si no
se toman las precauciones adecuadas.
 Operación abortada: Por ejemplo, debido a una división por cero; por
privilegios de acceso; o para evitar bloqueos.

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1.3.1 Granularidad
“La granularidad es el tamaño de los elementos. Así, se habla de sistemas de
grano fino o de grano grueso, para denotar elementos pequeños o grandes,
respectivamente. A mayor granularidad, menor concurrencia” (Giraldo, 2015, p.
4).
La granularidad es una forma de medir el grado de paralelismo que explota
el sistema, indicando la cantidad de computaciones que pueden realizar los
procesadores sin interaccionar entre ellos, Así, en un modelo de
granularidad gruesa, el programa se divide en varias partes que precisan
poca comunicación entre sí. Los sistemas paralelos formados por
procesadores potentes y débilmente interconectados, parecen más
adecuados para aplicaciones de granularidad gruesa (Pardines, 2007, p. 30).
Por el contrario, en los modelos de granularidad fina, la comunicación entre
los procesadores de granularidad fina, la comunicación entre los
procesadores es más intensa y se ejecuta relativamente pocas instrucciones
sin necesidad de comunicaciones. Para las aplicaciones de granularidad
fina, los sistemas con procesadores sencillas y fuertemente interconectados
entre si resultan más eficientes (Pardines, 2007, p. 31).
Entonces, la granularidad es la cantidad de procesamiento que una tarea
realiza antes de necesitar comunicarse con otra tarea. Por supuesto, un grano
puede crecer o decrecer agrupando o desagrupando tarea.
Recordar:
Es importante a la hora de diseñar una tabla de hechos tener en cuenta el nivel
de granularidad que va a tener, es decir, el nivel de detalle más atómico que
vamos a encontrar de los datos.
No es lo mismo tener una fila por cada venta, que una fila donde se indiquen
las ventas del día para cada artículo y tienda.
A mayor granularidad, mayor será el número de filas de nuestra tabla de
hechos, y dado que el espacio en disco y rendimiento no se ven notablemente
afectados en los sistemas actuales, debemos llegar siempre al máximo nivel de
granularidad que resulte útil a los usuarios.
1.3 GRANULARIDAD DE ACCESOS Y MODIFICACIONES
ATÓMICAS, Y EL USO DE SECCIONES CRÍTICAS O
TRANSACCIONES PARA MODELARLOS

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1.3.2 Sección crítica
Según una publicación de la Universidad de la República del Uruguay (2020)
Se denomina Sección Crítica a aquellas partes de los procesos concurrentes
que no pueden ejecutarse de forma concurrente o, también, que desde otro
proceso se ven como si fueran una única instrucción. Esto quiere decir que,
si un proceso entra a ejecutar una sección crítica en la que se accede a unas
variables compartidas, entonces otro proceso no puede entrar a ejecutar una
región crítica en la que acceda a variables compartidas con el anterior (p. 2).
Es decir, cuando un proceso obtiene acceso a datos y recursos compartidos,
se dice que el conjunto de instrucciones que los manipulan conforma una
sección critica.
“Las secciones críticas se pueden mutuo excluir. Para conseguir dicha
exclusión se deben implementar protocolos software que impidan o el acceso a
una sección crítica mientras está siendo utilizada por un proceso” (Universidad
de la República del Uruguay, 2020, p. 2)
1.3.3 Transacciones para modelar
Según López (2015) señala lo siguiente de las transacciones para modelarlos:
Por medio de este se puede modelar con mayor precisión las transacciones
a través del uso de procesos independientes. Entre los puntos a considerar
están:
 Almacenamiento estable: Permite que la información perdure a todo,
con excepción de las catástrofes, para lo cual se realiza un disco
espejo.
 Primitivas de transacción: Son proporcionadas por el sistema
operativo o compilador, como begin - transaction, end - transaction,
abort- transaction, read, write.
 Propiedades de las transacciones: Son las propiedades
fundamentales de las transacciones y se indican como ACID.
 Si una transacción se aborta, es necesario un procedimiento de
recuperación para eliminar las operaciones ya realizadas (p. 88).

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1.3.4 Definición de Transacción
Según Jamrich (2013):
Una transacción es una interacción con una estructura de datos compleja,
compuesta por varios procesos que se han de aplicar uno después del otro.
La transacción debe realizarse de una sola vez y sin que la estructura a
medio manipular pueda ser alcanzada por el resto del sistema hasta que se
hayan finalizado todos sus procesos.
En cambio, López (2015) señala que:
Las transacciones deben cumplir cuatro propiedades, denominadas ACID:
1. Atomicidad (Atomicity): es la propiedad que asegura que la operación se
ha realizado o no, y por lo tanto ante un fallo del sistema no puede
quedar a medias.
2. Consistencia (Consistency): es la propiedad que asegura que sólo se
empieza aquello que se puede acabar. Por lo tanto, se ejecutan aquellas
operaciones que no van a romper la reglas y directrices de integridad de
la base de datos.
3. Aislamiento (Isolation): es la propiedad que asegura que una operación
no puede afectar a otras. Esto asegura que la realización de dos
transacciones sobre la misma información nunca generará ningún tipo
de error.
4. Durabilidad (Durability): es la propiedad que asegura que, una vez
realizada la operación, ésta persistirá y no se podrá deshacer, aunque
falle el sistema (p. 88).
Las transacciones suelen verse implementadas en sistemas de bases de
datos y, más recientemente, se han visto incorporadas a cómo gestiona
un sistema operativo la interacción con un sistema de archivos (como varias
características de las bases de datos, debido a que son muy similares
arquitectónicamente) (Paiz, 2015).
1.4 TRANSACCIONES

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1.3.5 Algoritmos paralelos: Definición
Son métodos de resolución de problemas donde ejecuta procesos por
partes en el mismo instante de tiempo por varias unidades de procesamiento
para unir las partes y obtener un resultado correcto (Vásquez, Medina,
Saavedra, & Ramírez, 2019).
Es decir, este método permite a los procesos es decir parte de un programa
que se ejecuta por un procesador, ejecutarse en varias partes al mismo tiempo
por distintas unidades de procesamientos, luego unirlas y obtener resultados
favorables. Son sumamente importantes para la solución de problemas
grandes en muchos campos de aplicación.
“Los algoritmos paralelos son métodos para resolver problemas
computacionales en máquinas paralelas” (Naiouf, 2004, p. 15).
Para el uso adecuado de los algoritmos paralelos es necesario tener una
arquitectura buena ya que sería el lugar donde se ejecutaría estos tipos de
programa que usen los algoritmos paralelos, tener una buena comunicación,
buscar u observar la manera en cómo dividen los problemas y los distintos
datos.
En esta definición están realizando una comparación entre un algoritmo
secuencial que conforma una secuencia de pasos que son resueltos mediante
una computadora secuencial, mientras que los algoritmos paralelos resuelven
los problemas usando múltiples procesos (Montes de Oca, 2012).
En otras palabras, la definición este tipo de algoritmo involucra el modo de
especificar los pasos. Se debe tener en cuenta la concurrencia, la arquitectura
donde se desarrolla el algoritmo, la comunicación y sincronización de las tareas,
1.5 ALGORITMOS PARALELOS

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la distribución de datos, la tolerancia a fallos y la memoria distribuida o
compartida.

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Anexos