2.4 Concurrencia y secuencial

Procesos concurrentes.

            Los procesos son concurrentes si existen simultáneamente. Los procesos concurrentes pueden funcionar en forma totalmente independiente unos de otros, o pueden ser asíncronos, lo cual significa que en ocasiones requiere cierta sincronización y cooperación.
            Las siguientes definiciones son esenciales para comprender los conceptos de concurrencia y secuencialidad.

* Actividad.
            . Procesos: Es un programa en ejecución.

            . Tarea:      Son las distintas partes de un proceso que se ejecutan simultáneamente.

* Sistemas:
. Multiprogramación: Admiten varias actividades que comparten el procesador, pero sólo
                                                       una puede estar ejecutándose en un momento dado.
. Multiproceso:          Las actividades se ejecutan en sus propios procesadores, conectados
                                                    a través de una red de comunicaciones.

* Paralelismo:
            Es la ejecución de diversas actividades simultáneamente en varios procesadores. Si sólo existe un procesador gestionando multiprogramación, se puede decir que existe pseudo-paralelismo. Se trata de un concepto físico producido por la existencia de varios procesadores.

* Concurrencia:
            Es la existencia de varias actividades ejecutándose simultáneamente, y necesitan sincronizarse para actuar conjuntamente. Se trata, en este caso, de un concepto lógico, ya que sólo hace referencia a las actividades, sin importar el número de procesadores presentes.

            Para que dos actividades, sean concurrentes, es necesario que tengan relación entre sí, como puede ser la cooperación en un trabajo determinado o el uso de información compartida.

            En un sistema monoprocesador, la existencia de multiprogramación es condición necesaria, pero no suficiente para que exista concurrencia, ya que los procesos pueden ejecutarse independientemente. Por ejemplo, un editor y un compilador pueden estar ejecutándose simultáneamente en una computadora sin que exista concurrencia entre ellos. Por otro lado si un programa se está ejecutando y se encuentra grabando datos en un archivo, y otro programa también en ejecución está leyendo datos de ese mismo archivo, sí existe concurrencia entre ellos, pues el funcionamiento de uno interfiere en el funcionamiento de otro.
            Si un sistema es multiprocesador, también pueden presentarse situaciones de concurrencia siempre y cuando las actividades necesiten actuar entre sí, bien por utilizar información común, o por cualquier otra causa.

            Los procesos del sistema pueden ejecutarse concurrentemente, puede haber múltiples tareas en el CPU con varios procesos. Existen varias razones para permitir la ejecución concurrente:

* Compartir recursos físicos.

            Ya que los recursos del hardware de la computadora son limitados, nos podemos ver obligados a compartirlos en un entorno multiusuario.

* Compartir recursos lógicos.

Puesto que varios usuarios pueden interesarse en el mismo elemento de información (por ejemplo un archivo compartido), debemos proporcionar un entorno que permita el acceso concurrente a estos tipos de recursos.


* Acelerar los cálculos.

            Si queremos que una tarea se ejecute con mayor rapidez, debemos dividirla en subtareas, cada una de las cuales se ejecutara, en paralelo con las demás.

* Modularidad.

            Podremos construir el sistema en forma modular, dividiendo las funciones del sistema en procesos separados.

* Comodidad.

            Un usuario puede tener que ejecutar varias tareas a la vez, por ejemplo puede editar, imprimir y compilar en paralelo.

            La ejecución concurrente que requiere la cooperación entre procesos necesita un mecanismo para la sincronización y comunicación de procesos, exclusión mutua y sincronización.

Problemas de ConcurrenciaEn los sistemas de tiempo compartido (aquellos con varios usuarios, procesos, tareas, trabajos que reparten el uso de CPU entre estos) se presentan muchos problemas debido a que los procesos compiten por los recursos del sistema. Imagine que un proceso está escribiendo en la unidad de cinta y se le termina su turno de ejecución e inmediatamente después el proceso elegido para ejecutarse comienza a escribir sobre la misma cinta. El resultado es una cinta cuyo contenido es un desastre de datos mezclados. Así como la cinta, existen una multitud de recursos cuyo acceso debe der controlado para evitar los problemas de la concurrencia.
El sistema operativo debe ofrecer mecanismos para sincronizar la ejecución de procesos: semáforos, envío de mensajes, 'pipes', etc. Los semáforos son rutinas de software (que en su nivel más interno se auxilian del hardware) para lograr exclusión mutua en el uso de recursos. Para entender este y otros mecanismos es importante entender los problemas generales de concurrencia, los cuales se describen enseguida.
·         Condiciones de Carrera o Competencia: La condición de carrera (race condition) ocurre cuando dos o más procesos accesan un recurso compartido sin control, de manera que el resultado combinado de este acceso depende del orden de llegada. Suponga, por ejemplo, que dos clientes de un banco realizan cada uno una operación en cajeros diferentes al mismo tiempo.