PROGRAMACION
CONCURRENTE Y PARALELA

EVOLUCION DE LA
PROGRAMACION CONCURRENTE
 Años 60 - Sistemas operativos
 Años 70 - Avances en programación concurrente.
 Concepto de proceso y ejecución concurrente
 Años 80 - Aparición de Ada. Pocos desarrollos
posteriores, en general relacionados con tiempo real.
 Se enfatiza en otros paradigmas (objetos, declarativa,
etc.)
 Años 90 - Aparición de la Web y la programación con
procesos ligeros. Reactivación de la programación
concurrente

PROGRAMA SECUENCIAL

PROGRAMA CONCURRENTE

PROBLEMA COTIDIANO
 La abuela nos quiere hacer un regalo. Un
sweter confeccionado a mano.
 Datos:





Lana
Agujas
Patrón
Medidas

 Proceso:
 Secuencial
 Paralelo
 Concurrente

Forma Secuencial






Brazo izqdo
Brazo dcho
Espalda
Frente
Unión

Forma Paralelo
 Brazo izqdo
 Brazo dcho

 Espalda
 Frente

 Unión

La abuela pide ayuda a una vecina y se reparten la tarea
Para confeccionar un sweter.

PARALELO:
 VENTAJAS
 Reducción del tiempo necesario
 Reducción del esfuerzo

 INCONVENIENTES






Necesidad
Necesidad
Necesidad
Necesidad
Necesidad

de
de
de
de
de

compartir los trabajos
compartir los recursos
esperar en ocasiones
comunicar
prevenir fallos

CONCURRENTE
Brazo izdo.
Brazo dcho.
Frente

Espalda
 Unión de todo
•Uso de un temporizador
•La abuela distribuye el tiempo dedicado a
cada tarea

CONCURRENTE:
 INCONVENIENTES
 Los mismos que la programación
paralela
 Los mismos que la programación
secuencial

 VENTAJAS
 La implementación puede ser paralela o
secuencial
 NO DEPENDE DE LA ARQUITECTURA
UTILIZADA

DEFINICIONES
 PROCESO: Programa capaz de ejecutarse
en paralelo
 PROCESADOR: Dispositivo hardware capaz
de ejecutar procesos
 UNI-PROCESADOR: Computador que
contiene un único procesador
 MULTI-PROCESADOR: Computador que
contiene varios procesadores

SEMANTICA SECUENCIAL





Los programas secuenciales terminan
Sea Progs el conjunto de programas
Sea Est el conjunto de estados de memoria
La semántica de un programa puede
establecerse
Sem : Progs

( Est

Est )

 La característica fundamental es que el
comportamiento es determinista

SEMANTICA CONCURRENTE
 Los programas concurrentes no terminan
 La semántica de un programa no es una
función de estados
 La característica fundamental es que el
comportamiento es no determinista
 El orden de ejecución de las sentencias no
puede ser prederminado
 Existen interferencias de unas partes del
programa en otras

¡¡ No es válida la arquitectura Von Neumann

MOTIVACION CONCURRENCIA
1. VELOCIDAD DE EJECUCION
 Existen aplicaciones donde la velocidad de
respuesta es crítica
 Tenemos varios procesos y varios (número
menor) procesadores
 No es aplicable la programación paralela. No
coincide número de procesos y procesadores
 En este caso la programación concurrente puede
mejorar el tiempo de respuesta

2. USO DEL PROCESADOR
La programación concurrente puede optimizar el
uso del procesador

3. ALGORITMOS CONCURRENTES
 Existen programas que son
concurrentes por naturaleza

Problemas de la Programación
Concurrente





Sincronización
Exclusión Mutua
Comunicación
Prioridades

Sincronización
 Intercambio de información para
coordinar actividades
Ejemplos: caso del sweter, chat,etc.

Exclusión Mutua
 Exclusión Mutua: Garantía de que un
único proceso accede a un recurso en
un determinado instante.
 Ejemplo: Cruzar una avenida o
boulevard.

Comunicación
 Comunicación: Intercambio de datos
en uno u otro sentido entre procesos

Prioridad
 Prioridad: Un proceso o comunicación
que causa una interrupción en la
ejecución de otro proceso, se dice
que tiene mayor prioridad

Arquitectura
 La arquitectura que suele soportar la
programación concurrente puede ser
 Fuertemente acoplada
 Débilmente acoplada

Arquitectura fuertemente acoplada
 Arquitectura con memoria compartida
 Los procesadores acceden todos a la misma
memoria
 Es poco utilizada en sistemas
multiprocesador
 Es común en sistemas monoprocesador
 Está implementada en la programación con
hilos (java)

Arquitectura débilmente acoplada
 Los procesadores están interconectados,
cada uno tiene su memoria
 La comunicación se realiza mediante
mensajes
 Arquitectura de sistemas distribuidos

Ejecución Concurrente
 Un sistema concurrente se compone de un
conjunto de procesos secuenciales
autónomos que se ejecutan de forma
(aparentemente) paralela
 Cada proceso tiene un flujo de control
independiente
 A veces se habla de procesos con varios
flujos de control (hilos o threads)
 Las instrucciones de los procesos se
ejecutan intercalándose unas con otras
(paralelismo lógico)

 La forma de ejecutar las tareas concurrentes puede
variar, según se ejecuten:
 En un sistema monoprocesador
(multiprogramación)
 En un sistema multiprocesador (fuertemente
acoplado)
 (multiproceso)
 En un sistema distribuido (débilmente acoplado)
(procesamiento distribuido)
 En general es posible que haya que multiplexar el
uso del procesador o procesadores entre los
procesos (paralelismo lógico)

Procesos
 Los sistemas operativos suelen soportar procesos
“pesados” en un sistema monoprocesador
(multiprogramación)


Cada proceso se ejecuta sobre una máquina virtual
distinta

 Algunos sistemas operativos tienen procesos
“ligeros”(threads)





Todos los hilos de un mismo proceso comparten la
misma máquina virtual
Tienen acceso al mismo espacio de memoria
El programador o el lenguaje deben proporcionar
mecanismos para evitar interferencias entre unos y
otros

 La concurrencia puede estar soportada por el lenguaje
o sólo por el sistema operativo

Concurrencia en el Lenguaje
 VENTAJAS
 Programas más
legibles y fáciles de
mantener
 Programas más
portátiles
 Se pueden detectar
errores al compilar
 No hace falta
sistema operativo

 INCONVENIENTES
 Distintos modelos de
concurrencia según
lenguajes
 Puede ser difícil de
realizar
eficientemente
 Se puede mejorar la
portabilidad con SO
normalizados

Lenguajes concurrentes
 Tienen elementos de lenguaje para
 Crear procesos concurrentes
 Sincronizar su ejecución
 Comunicarse entre sí

 Los procesos pueden ser
 independientes,
 cooperar para un fin común,
 competir por el uso de recursos

 Los procesos que cooperan o compiten
necesitan comunicarse y sincronizar sus
actividades