Programación Concurrente y Atomicidad

Son instrucciones que se ejecutan de forma indivisible, sin interrupciones ni interferencias de otros procesos.

Una operación indivisible que se garantiza que se ejecutará como una unidad coherente, sin interrupciones.

Un conjunto de instrucciones que se ejecutan secuencialmente, sin que otros procesos o subprocesos interfieran.

Cuando varios procesos o subprocesos modifican un recurso compartido simultáneamente, puede ocurrir una condición de carrera, lo que lleva a resultados impredecibles y erróneos.

Las operaciones atómicas evitan las condiciones de carrera, asegurando que el acceso al recurso compartido sea mutuamente excluyente y que las operaciones se ejecuten de forma atómica.

Las operaciones atómicas aseguran que el resultado sea el mismo, independientemente del orden en que se interfolien las instrucciones.

En programación concurrente, la abstracción se refiere a la capacidad de aislar y encapsular la información del diseño y la ejecución. Permite estudiar la ejecución entrelazada de secuencias de instrucciones atómicas de procesos secuenciales que se ejecutan simultáneamente.

Interfoliar significa mezclar o entrelazar secuencias de instrucciones de diferentes procesos. En programación concurrente, la interfoliación se refiere a la ejecución simultánea de procesos, donde las instrucciones de cada proceso se mezclan en el tiempo.

La atomicidad en programación concurrente se refiere a la ejecución indivisible de una secuencia de instrucciones. Es decir, las instrucciones atómicas se ejecutan como una sola unidad, sin interrupciones por otros procesos.

La corrección en programación concurrente se refiere a la capacidad de un sistema o programa para producir resultados correctos o deseados incluso en presencia de concurrencia. Se busca evitar errores o resultados inesperados debido a la ejecución simultánea de procesos.

La seguridad en programación concurrente se refiere a la capacidad de un sistema o programa para proteger la integridad de los datos y el acceso a los recursos compartidos en presencia de concurrencia. Se busca evitar accesos no autorizados o errores de coherencia de datos.

La vivacidad en programación concurrente se refiere a la capacidad de un sistema o programa para responder de manera oportuna a las solicitudes o eventos que le llegan, incluso en presencia de concurrencia. Se busca evitar bloqueos o la lentitud en el sistema debido a la ejecución simultánea de procesos.

La equidad en programación concurrente se refiere a la capacidad de un sistema o programa para gestionar de forma justa la distribución de la capacidad de procesamiento entre los procesos que se ejecutan simultáneamente. Se busca evitar que un solo proceso acapare todos los recursos o que algunos procesos sean sistemáticamente marginados.

La contención en programación concurrente se refiere a una situación en la que dos o más procesos compiten por el mismo recurso o acceso a la misma información. Este conflicto puede causar errores o bloqueos en el sistema si no se gestiona adecuadamente.

Un estado en el que dos o más procesos se bloquean mutuamente, esperando que el otro libere un recurso que necesita para continuar.

Una condición en la que un proceso se bloquea indefinidamente esperando un evento que nunca ocurrirá. Ejemplo: un proceso esperando que un recurso sea liberado por otro proceso que nunca lo hará.

Una situación en la que un recurso debe ser utilizado por un solo proceso a la vez. Otros procesos deben esperar a que el recurso sea liberado.

Un proceso necesita esperar a que se produzca un evento específico antes de poder continuar. Ejemplo: un proceso que espera a que otro proceso termine una tarea.

Un estado donde un proceso está en un ciclo continuo de peticiones y liberaciones de recursos sin realizar ningún progreso útil.

Un grupo de procesos que no pueden avanzar porque no se les concede tiempo de procesador para avanzar.

Un estado donde un proceso está en un estado de espera indefinida por un recurso que nunca se liberará.

Un proceso que nunca realiza ningún progreso útil debido a un bucle continuo de intentos fallidos.

En un sistema monoprocesador, solo un proceso se ejecuta activamente en un momento dado. Sin embargo, el sistema operativo alterna rápidamente entre los procesos, dando la ilusión de ejecución simultánea.

La forma de sincronizar procesos en un sistema monoprocesador es mediante el uso de variables compartidas. Todos los procesos comparten la misma memoria.

Las arquitecturas de sistemas se dividen en fuertemente acopladas (con memoria compartida) y débilmente acopladas (sin memoria compartida).

En las arquitecturas fuertemente acopladas, los procesos se comunican a través de variables en memoria compartida, ya que los procesadores comparten un bus de datos.

Las arquitecturas débilmente acopladas carecen de memoria compartida. Cada procesador tiene su propia memoria local. La comunicación se realiza mediante el paso de mensajes.

En una arquitectura débilmente acoplada, los procesos se comunican a través del paso de mensajes, ya que no comparten memoria.

Las instrucciones que se pueden ejecutar concurrentemente son aquellas que no dependen de los resultados de otras instrucciones. Por ejemplo, asignar valores a variables distintas.

Una invariante es una condición o relación que siempre es verdadera en un programa concurrente. Se debe mantener durante todo el proceso, incluso cuando se ejecutan diferentes hilos. La condición es verdadera antes y después de cada acceso a un recurso compartido.

Las invariantes se cumplen cuando se establece un bloqueo y permanecen verdaderas hasta que se libera. Esta condición garantiza que el código dentro del bloqueo opere correctamente.

Las variables de condición también pueden tener una invariante que es la condición que se verifica antes de esperar (cond_wait). El invariante se reevalúa cuando un hilo se activa después de esperar.

La exclusión mutua se aplica a recursos compartidos. Esto significa que solo un hilo puede acceder al recurso a la vez para evitar errores o inconsistencias.

La exclusión mutua es fundamental para la corrección de los programas concurrentes, garantizando que los recursos compartidos sean utilizados de manera controlada y evitando condiciones de carrera peligrosas.

Dos conjuntos de instrucciones Si y Sj se pueden ejecutar concurrentemente si ninguno lee o escribe lo que el otro lee o escribe. Esto se divide en: independencia en las entradas, independencia en las salidas y no conflicto en la escritura.

Cuando dos o más procesos intentan acceder al mismo recurso al mismo tiempo, se genera una condición de carrera. El resultado final puede ser impredecible.

Un proceso que acceda a recursos compartidos debe operar como una sola unidad, sin interrupciones. Esto se puede lograr mediante operaciones atómicas.

Para que una instrucción o conjunto de instrucciones se considere atómica, debe cumplir con las Condiciones de Bernstein.