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En SO, un hilo de ejecución o subproceso es una característica que permite a una aplicación realizar varias tareas a la vez (concurrentemente).

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  • 1. HILO DE EJECUCIÓN Ms. Ing. Jairo E. Márquez D. Introducción “En SO, un hilo de ejecución o subproceso es una característica que permite a una aplicación realizar varias tareas a la vez (concurrentemente). Los distintos hilos de ejecución comparten una serie de recursos tales como el espacio de memoria, los archivos abiertos, situación de autenticación, etc. Esta técnica permite simplificar el diseño de una aplicación que debe llevar a cabo distintas funciones simultáneamente. “Un hilo es básicamente una tarea que puede ser ejecutada en paralelo con otra tarea.” Los hilos de ejecución que comparten los mismos recursos, sumados a estos recursos, son en conjunto conocidos como un proceso. El hecho de que los hilos de ejecución de un mismo proceso compartan los recursos hace que cualquiera de estos hilos pueda modificar éstos. Cuando un hilo modifica un dato en la memoria, los otros hilos acceden a ese dato modificado inmediatamente. Lo que es propio de cada hilo es el contador de programa1 , la pila de ejecución y el estado de la CPU (incluyendo el valor de los registros). El proceso sigue en ejecución mientras al menos uno de sus hilos de ejecución siga activo. Cuando el proceso finaliza, todos sus hilos de ejecución también han terminado. Asimismo en el momento en el que todos los hilos de ejecución finalizan, el proceso no existe más y todos sus recursos son liberados. 1 El contador de programa (Program Counter o PC) o Puntero de instrucciones, parte del secuenciador de instrucciones en algunas computadoras, es un registro del procesador que indica la posición donde está éste en su secuencia de instrucciones. Dependiendo de los detalles de la máquina particular, contiene o la dirección de la instrucción que es ejecutada, mientras que la próxima instrucción a ser ejecutada se maneja por el instruction pointer (IP). El contador de programa es incrementado automáticamente en cada ciclo de instrucción, de tal manera que las instrucciones son leídas en secuencia desde la memoria. Ciertas instrucciones, tales como las bifurcaciones y las llamadas y retornos de subrutinas, interrumpen la secuencia al colocar un nuevo valor en el contador de programa. En la inmensa mayoría de los procesadores, el puntero de instrucciones es incrementado inmediatamente después de leer (fetch) una instrucción de programa; esto significa que la dirección a la que apunta una instrucción de bifurcación es obtenida agregando el operando de la instrucción de bifurcación a la dirección de la instrucción siguiente (byte o word, dependiendo del tipo de la computador) después de la instrucción de bifurcación. La dirección de la siguiente instrucción a ser ejecutada siempre se encuentra en el contador de instrucción.
  • 2. Algunos lenguajes de programación tienen características de diseño expresamente creadas para permitir a los programadores lidiar con hilos de ejecución (como Java o Delphi2 ). Otros programas por no decir que la mayoría desconocen la existencia de hilos de ejecución y éstos deben ser creados mediante llamadas de biblioteca especiales que dependen del sistema operativo en el que estos lenguajes están siendo utilizados (como es el caso del C y del C++). Un ejemplo del uso de hilos es tener un hilo atento a la interfaz gráfica (iconos, botones, ventanas), mientras otro hilo hace una larga operación internamente. De esta manera el programa responde de manera más ágil a la interacción con el usuario. También pueden ser utilizados por una aplicación servidora para dar servicio a múltiples clientes.”3 Hilos Muchos S. O. distribuidos soportan múltiples hilos de control dentro de un proceso que [25, Tanenbaum]:4  Comparten un único espacio de direcciones.  Se ejecutan quasi - paralelamente como si fueran procesos independientes. Ej.: servidor de archivos que debe bloquearse ocasionalmente en espera de acceso al disco: 2 Es un entorno de desarrollo de software diseñado para la programación de propósito general con énfasis en la programación visual. En Delphi se utiliza como lenguaje de programación una versión moderna de Pascal llamada Object Pascal. En sus diferentes variantes, permite producir archivos ejecutables para Windows, GNU/Linux y la plataforma .NET. Un uso habitual de Delphi, aunque no el único, es el desarrollo de aplicaciones visuales y de bases de datos cliente-servidor y multicapas. Debido a que es una herramienta de propósito múltiple, se usa también para proyectos de casi cualquier tipo, incluyendo aplicaciones de consola, aplicaciones de web (por ejemplo servicios web, CGI, ISAPI, NSAPI, módulos para Apache), servicios COM y DCOM, y servicios del SO. Entre las aplicaciones más populares actualmente destaca Skype, un programa de telefonía por IP. Delphi inicialmente sólo producía ejecutables binarios para Windows: Delphi 1 para Win16 y con Delphi 2 se introdujo Win32. En la actualidad da más posibilidades, como son:  Delphi para Win32  Delphi para .NET  Delphi para PHP  C# para .NET  C++ Existe una versión de Delphi para sistemas Unix y Linux, denominada Kylix (de la cual existe una versión gratuita, aunque limitada). Sin embargo Kylix fue congelado por Borland en su versión 3.00. 3 Fuente de consulta. Hilo de ejecución. http://es.wikipedia.org/wiki/Hilo_de_ejecuci%C3%B3n [On line] Consultado el 7 de octubre de 2012. 4 Fuente de consulta. Procesos y procesadores en sistemas distribuidos. http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/SistemasOperativos/SOF.htm [On line] Consultado el 12 de agosto de 2012.
  • 3.  Si tiene varios hilos de control podría ejecutar un segundo hilo mientras el primero espera: o El resultado sería mejor rendimiento y desempeño. o No se logra esto con procesos servidores independientes puesto que deben compartir un buffer caché común y deben estar en el mismo espacio de direcciones. En muchos sentidos los hilos son como miniprocesos:  Cada hilo: o Se ejecuta en forma estrictamente secuencial. o Tiene su propio contador de programa y una pila para llevar un registro de su posición.  Los hilos comparten la cpu de la misma forma que lo hacen los procesos: o Secuencialmente, en tiempo compartido.  Solo en un multiprocesador se pueden ejecutar realmente en paralelo.  Los hilos pueden crear hilos hijos.  Mientras un hilo está bloqueado se puede ejecutar otro hilo del mismo proceso. Los distintos hilos de un proceso comparten un espacio de direcciones, el conjunto de archivos abiertos, los procesos hijos, cronómetros, señales, etc. Los hilos pueden tener distintos estados: en ejecución, bloqueado, listo, terminado. Uso de Hilos5 Los hilos permiten la combinación del paralelismo con la ejecución secuencial y el bloqueo de las llamadas al sistema [25, Tanenbaum]. Consideramos el ejemplo del servidor de archivos con sus posibles organizaciones para muchos hilos de ejecución. Iniciamos con el modelo servidor / trabajador:  Un hilo, el servidor, lee las solicitudes de trabajo en el buzón del sistema.  Elige a un hilo trabajador inactivo (bloqueado) y le envía la solicitud, despertándolo.  El hilo trabajador verifica si puede satisfacer la solicitud por medio del bloque caché compartido, al que tienen acceso todos los hilos.  Si no envía un mensaje al disco para obtener el bloque necesario y se duerme esperando el fin de la operación.  Se llama: o Al planificador y se inicializa otro hilo, que tal vez sea el servidor, para pedir más trabajo; o. o A otro trabajador listo para realizar un trabajo. Los hilos ganan un desempeño considerable pero cada uno de ellos se programa en forma secuencial. 5 Ibid.
  • 4. Otro modelo es el de equipo:  Todos los hilos son iguales y cada uno obtiene y procesa sus propias solicitudes.  No hay servidor.  Se utiliza una cola de trabajo que contiene todos los trabajos pendientes, que son trabajos que los hilos no han podido manejar.  Un hilo debe verificar primero la cola de trabajo antes de buscar en el buzón del sistema. Un tercer modelo es el de entubamiento:  El primer hilo genera ciertos datos y los transfiere al siguiente para su procesamiento.  Los datos pasan de hilo en hilo y en cada etapa se lleva a cabo cierto procesamiento. Un programa diseñado adecuadamente y que utilice hilos debe funcionar bien:  En una única CPU con hilos compartidos.  En un verdadero multiprocesador. Un thread (hilo de ejecución), en sistemas operativos y por extensión en sistemas virtualizados, es una característica que permite a una aplicación realizar varias tareas a la vez (concurrentemente). Los distintos hilos de ejecución comparten una serie de recursos tales como el espacio de memoria, los archivos abiertos, situación de autenticación, etc. Esta técnica permite simplificar el diseño de una aplicación que debe llevar a cabo distintas funciones simultáneamente. Los hilos no pueden ejecutarse ellos solos; requieren la supervisión de un proceso padre para correr. Dentro de cada proceso hay varios hilos ejecutándose. Por ejemplo, Word puede tener un hilo en background chequeando automáticamente la gramática de lo que se está
  • 5. escribiendo, mientras otro hilo puede estar salvando automáticamente los cambios del documento en el que se trabaja. Como Word, cada aplicación (proceso) puede correr varios hilos los cuales están realizando diferentes tareas. Esto significa que los hilos están siempre asociados con un proceso en particular. Los hilos a menudo son conocidos o llamados procesos ligeros. Un hilo, en efecto, es muy similar a un proceso pero con la diferencia de que un hilo siempre corre dentro del contexto de otro programa. Por el contrario, los procesos mantienen su propio espacio de direcciones y entorno de operaciones. Los hilos dependen de un programa padre en lo que se refiere a recursos de ejecución. La siguiente figura muestra le relación entre hilos y procesos. Un programa de flujo único o mono-hilvanado (single-thread) utiliza un único flujo de control (thread) para controlar su ejecución. Muchos programas no necesitan la potencia o utilidad de múltiples flujos de control. Sin necesidad de especificar explícitamente que se quiere un único flujo de control, muchos de los applets y aplicaciones son de flujo único. Por ejemplo, usando Java para la aplicación estándar de saludo: public class HolaMundo { static public void main( String args[] ) { System.out.println( "Hola Mundo!" ); } } Aquí, cuando se llama a main(), la aplicación imprime el mensaje y termina. Esto ocurre dentro de un único thread. La clase Thread Es la clase que encapsula todo el control necesario sobre los hilos de ejecución (threads). Hay que distinguir claramente un objeto Thread de un hilo de ejecución o thread. Esta distinción resulta complicada, aunque se puede simplificar si se considera al objeto Thread como el panel de control de un hilo de ejecución (thread). La clase Thread es la única forma de controlar el comportamiento de los hilos y para ello se sirve de los métodos que se exponen en las secciones siguientes. Métodos de Clase
  • 6. Estos son los métodos estáticos que deben llamarse de manera directa en la clase Thread. currentThread() Este método devuelve el objeto thread que representa al hilo de ejecución que se está ejecutando actualmente. yield() Este método hace que el intérprete cambie de contexto entre el hilo actual y el siguiente hilo ejecutable disponible. Es una manera de asegurar que nos hilos de menor prioridad no sufran inanición. sleep( long ) El método sleep() provoca que el intérprete ponga al hilo en curso a dormir durante el número de milisegundos que se indiquen en el parámetro de invocación. Una vez transcurridos esos milisegundos, dicho hilo volverá a estar disponible para su ejecución. Los relojes asociados a la mayor parte de los intérpretes de Java no serán capaces de obtener precisiones mayores de 10 milisegundos, por mucho que se permita indicar hasta nanosegundos en la llamada alternativa a este método. Métodos de Instancia Aquí no están recogidos todos los métodos de la clase Thread, sino solamente los más interesantes, porque los demás corresponden a áreas en donde el estándar de Java no está completo, y puede que se queden obsoletos en la próxima versión del JDK, por ello, si se desea completar la información que aquí se expone se ha de recurrir a la documentación del interfaz de programación de aplicación (API) del JDK. start() Este método indica al intérprete de Java que cree un contexto del hilo del sistema y comience a ejecutarlo. A continuación, el método run() de este hilo será invocado en el nuevo contexto del hilo. Hay que tener precaución de no llamar al método start() más de una vez sobre un hilo determinado. run() El método run() constituye el cuerpo de un hilo en ejecución. Este es el único método del interfaz Runnable. Es llamado por el método start() después de que el hilo apropiado
  • 7. del sistema se haya inicializado. Siempre que el método run() devuelva el control, el hilo actual se detendrá. stop() Este método provoca que el hilo se detenga de manera inmediata. A menudo constituye una manera brusca de detener un hilo, especialmente si este método se ejecuta sobre el hilo en curso. En tal caso, la línea inmediatamente posterior a la llamada al método stop() no llega a ejecutarse jamás, pues el contexto del hilo muere antes de que stop() devuelva el control. Una forma más elegante de detener un hilo es utilizar alguna variable que ocasione que el método run() termine de manera ordenada. En realidad, nunca se debería recurrir al uso de este método. suspend() El método suspend() es distinto de stop(). suspend() toma el hilo y provoca que se detenga su ejecución sin destruir el hilo de sistema subyacente, ni el estado del hilo anteriormente en ejecución. Si la ejecución de un hilo se suspende, puede llamarse a resume() sobre el mismo hilo para lograr que vuelva a ejecutarse de nuevo. resume() El método resume() se utiliza para revivir un hilo suspendido. No hay garantías de que el hilo comience a ejecutarse inmediatamente, ya que puede haber un hilo de mayor prioridad en ejecución actualmente, pero resume() ocasiona que el hilo vuelva a ser un candidato a ser ejecutado. setPriority( int ) El método setPriority() asigna al hilo la prioridad indicada por el valor pasado como parámetro. Hay bastantes constantes predefinidas para la prioridad, definidas en la clase Thread, tales como MIN_PRIORITY, NORM_PRIORITY y MAX_PRIORITY, que toman los valores 1, 5 y 10, respectivamente. Como guía aproximada de utilización, se puede establecer que la mayor parte de los procesos a nivel de usuario deberían tomar una prioridad en torno a NORM_PRIORITY. Las tareas en segundo plano, como una entrada/salida a red o el nuevo dibujo de la pantalla, deberían tener una prioridad cercana a MIN_PRIORITY. Con las tareas a las que se fije la máxima prioridad, en torno a MAX_PRIORITY, hay que ser especialmente cuidadosos, porque si no se hacen llamadas a sleep() o yield(), se puede provocar que el intérprete Java quede totalmente fuera de control. getPriority()
  • 8. Este método devuelve la prioridad del hilo de ejecución en curso, que es un valor comprendido entre uno y diez. setName( String ) Este método permite identificar al hilo con un nombre menmónico. De esta manera se facilita la depuración de programas multihilo. El nombre mnemónico aparecerá en todas las líneas de trazado que se muestran cada vez que el intérprete Java imprime excepciones no capturadas. getName() Este método devuelve el valor actual, de tipo cadena, asignado como nombre al hilo en ejecución mediante setName(). Diferencias entre hilos y procesos6 Los hilos se distinguen de los tradicionales procesos en que los procesos son –generalmente– independientes, llevan bastante información de estados, e interactúan sólo a través de mecanismos de comunicación dados por el sistema. Por otra parte, muchos hilos generalmente comparten otros recursos de forma directa. En muchos de los SO que dan facilidades a los hilos, es más rápido cambiar de un hilo a otro dentro del mismo proceso, que cambiar de un proceso a otro. Este fenómeno se debe a que los hilos comparten datos y espacios de direcciones, mientras que los procesos, al ser independientes, no lo hacen. Al cambiar de un proceso a otro, el SO (mediante el dispatcher7 ) genera lo que se conoce como overhead, que es tiempo desperdiciado por el procesador para realizar un cambio de contexto (context switch), en este caso pasar del estado de ejecución (running) al estado de espera (waiting) y colocar el nuevo proceso en ejecución. En los hilos, como pertenecen a un mismo proceso, al realizar un cambio de hilo el tiempo perdido es casi despreciable. Al igual que los procesos, los hilos poseen un estado de ejecución y pueden sincronizarse entre ellos para evitar problemas de compartimiento de recursos. Generalmente, cada hilo tiene una tarea específica y determinada, como forma de aumentar la eficiencia del uso del procesador. 6 Fuente de consulta. Hilo de ejecución. http://es.wikipedia.org/wiki/Hilo_de_ejecuci%C3%B3n [On line] Consultado el 7 de octubre de 2012. 7 Parte de un programa encargada de lanzar un proceso en el servidor de un entorno cliente/servidor.
  • 9. Estados de un hilo Los principales estados de los hilos son: Ejecución, Listo y Bloqueado. No tiene sentido asociar estados de suspensión de hilos ya que es un concepto de proceso. En todo caso, si un proceso está expulsado de la memoria principal (RAM), todos sus hilos deberán estarlo ya que todos comparten el espacio de direcciones del proceso. Cambio de estados  Creación: Cuando se crea un proceso se crea un hilo para ese proceso. Luego, este hilo puede crear otros hilos dentro del mismo proceso, proporcionando un puntero de instrucción y los argumentos del nuevo hilo. El hilo tendrá su propio contexto y su propio espacio de la columna, y pasara a la final de los listos.  Bloqueo: Cuando un hilo necesita esperar por un suceso, se bloquea (salvando sus registros de usuario, contador de programa y punteros de pila). Ahora el procesador podrá pasar a ejecutar otro hilo que esté en la final de los Listos mientras el anterior permanece bloqueado.  Desbloqueo: Cuando el suceso por el que el hilo se bloqueó se produce, el mismo pasa a la final de los Listos.  Terminación: Cuando un hilo finaliza se liberan tanto su contexto como sus columnas. Ventajas de los hilos contra procesos Los hilos son generados a partir de la creación de un proceso, por ende, un proceso es un hilo de ejecución o Monohilo. Las ventajas de los hilos se dan en los Multihilos, que es cuando un proceso tiene múltiples hilos de ejecución los cuales realizan actividades distintas, que pueden o no ser cooperativas entre sí. Los beneficios de los hilos se derivan de las implicaciones de rendimiento, así: 1. Se tarda mucho menos tiempo en crear un hilo nuevo en un proceso existente que en crear un proceso. Algunas investigaciones llevan al resultado que esto es así en un factor de 10. 2. Se tarda mucho menos en terminar un hilo que un proceso, ya que cuando se elimina un proceso se debe eliminar el BCP (Bloque de control del proceso, o PCB (Process Control Block)) 8 del mismo, mientras que un hilo se elimina su contexto y pila. 8 Es un registro especial donde el SO agrupa toda la información que necesita conocer respecto a un proceso particular. Cada vez que se crea un proceso el SO crea el BCP correspondiente para que sirva como descripción en tiempo de ejecución durante toda la vida del proceso. Cuando el proceso termina, su BCP es borrado y el registro puede ser utilizado para otros procesos. Un proceso resulta conocido para el SO y por tanto elegible para competir por los recursos del sistema sólo cuando existe un BCP activo asociado a él. El bloque de control de proceso es una estructura de datos con campos para registrar los diferentes aspectos de la ejecución del proceso y de la utilización de recursos. La información almacenada en un BCP incluye típicamente algunos o todos los campos siguientes:
  • 10. 3. Se tarda mucho menos tiempo en cambiar entre dos hilos de un mismo proceso 4. Los hilos aumentan la eficiencia de la comunicación entre programas en ejecución. En la mayoría de los sistemas en la comunicación entre procesos debe intervenir el núcleo para ofrecer protección de los recursos y realizar la comunicación misma. En cambio, entre hilos pueden comunicarse entre sí sin la invocación al núcleo. Por lo tanto, si hay una aplicación que debe implementarse como un conjunto de unidades de ejecución relacionadas, es más eficiente hacerlo con una colección de hilos que con una colección de procesos separados. Sincronización de hilos Todos los hilos comparten el mismo espacio de direcciones y otros recursos como pueden ser archivos abiertos. Cualquier modificación de un recurso desde un hilo afecta al entorno del resto de los hilos del mismo proceso. Por lo tanto, es necesario sincronizar la actividad de los distintos hilos para que no interfieran unos con otros o corrompan estructuras de datos.  Identificador del proceso (Process Identificator -PID-, de sus siglas en Inglés).  Estado del proceso. Por ej. listo, en espera, bloqueado.  Contador de Programa: Dirección de la próxima instrucción a ejecutar.  Valores de registro de CPU. Se utilizan también en el cambio de contexto.  Espacio de direcciones de memoria.  Prioridad en caso de utilizarse dicho algoritmo para planificación de CPU.  Lista de recursos asignados (incluyendo descriptores de archivos y sockets abiertos).  Estadísticas del proceso.  Datos del propietario (owner).  Permisos asignados.  Signals pendientes de ser servidos. (Almacenados en un mapa de bits) Esta lista es simplemente indicativa, cada sistema operativo tiene su propio diseño de BCP, con el conjunto de metadatos necesarios para la administración. Puede medir desde 32 bits a 1024. Su denominación cambia según el sistema operativo, por ej. en IBM se designa PSW por palabra de estado de proceso. Difiere significativamente entre los sistemas de procesamiento por lotes (BATCH) y los sistemas interactivos. Algunos sistemas de multiprogramación incluyen información de mantenimiento con el propósito de facturar a los usuarios individuales el tiempo de procesador, el almacenamiento, las operaciones de E/S y otras utilizaciones de recursos. Una vez creado, el BCP se rellena con los atributos definidos como parámetros que se hallan en la plantilla del proceso o que son especificados como parámetros de la llamada al SO crear_proceso. En ese momento el sistema operativo suele asignar valores a otros campos. Por ejemplo, cuando se crea un proceso, los registros e indicadores hardware se fijan a los valores proporcionados por el cargador/enlazador. Cada vez que un proceso queda suspendido, el contenido de los registros del procesador es generalmente guardado en la pila, y el puntero al marco de la pila en cuestión se almacena en el BCP. De este modo los valores de los registros son restaurados cuando el proceso es seleccionado para ejecutarse nuevamente.
  • 11. Una ventaja de la programación multihilo es que los programas operan con mayor velocidad en sistemas de computadores con múltiples CPUs (sistemas multiprocesador o a través de grupo de máquinas) ya que los hilos del programa se prestan verdaderamente para la ejecución concurrente. En tal caso el programador necesita ser cuidadoso para evitar condiciones de carrera (problema que sucede cuando diferentes hilos o procesos alteran datos que otros también están usando), y otros comportamientos no intuitivos. Los hilos generalmente requieren reunirse para procesar los datos en el orden correcto. Es posible que los hilos requieran de operaciones atómicas para impedir que los datos comunes sean cambiados o leídos mientras estén siendo modificados, para lo que usualmente se utilizan los semáforos9 . El descuido de esto puede generar interbloqueo10 . Formas de multihilos Los sistemas operativos generalmente implementan hilos de dos maneras:  Multihilo apropiativo: permite al sistema operativo determinar cuándo debe haber un cambio de contexto. La desventaja de esto es que el sistema puede hacer un cambio de contexto en un momento inadecuado, causando un fenómeno conocido como inversión de prioridades y otros problemas.  Multihilo cooperativo: depende del mismo hilo abandonar el control cuando llega a un punto de detención, lo cual puede traer problemas cuando el hilo espera la disponibilidad de un recurso. 9 Un semáforo es una variable especial (o tipo abstracto de datos) que constituye el método clásico para restringir o permitir el acceso a recursos compartidos (por ejemplo, un recurso de almacenamiento del sistema o variables del código fuente) en un entorno de multiprocesamiento (en el que se ejecutarán varios procesos concurrentemente). Los semáforos pueden ser usados para diferentes propósitos, entre ellos:  Implementar cierres de exclusión mutua o locks  Barreras  Permitir a un máximo de N threads (hilos) acceder a un recurso, inicializando el semáforo en N  Notificación. Inicializando el semáforo en 0 puede usarse para comunicación entre threads sobre la disponibilidad de un recurso 10 Es el bloqueo permanente de un conjunto de procesos o hilos de ejecución en un sistema concurrente que compiten por recursos del sistema o bien se comunican entre ellos. A diferencia de otros problemas de concurrencia de procesos, no existe una solución general para los interbloqueos.
  • 12. El soporte de hardware para multihilo se encuentra disponible desde hace relativamente poco tiempo. Esta característica fue introducida por Intel en el Pentium 4, bajo el nombre de HyperThreading11 . Usos más comunes Los usos más comunes son en tecnologías SMPP y SMS para la telecomunicaciones aquí hay muchísimos procesos corriendo a la vez y todos requiriendo de un servicio. - Trabajo interactivo y en segundo plano Por ejemplo, en un programa de hoja de cálculo un hilo puede estar visualizando los menús y leer la entrada del usuario mientras que otro hilo ejecuta las órdenes y actualiza la hoja de cálculo. Esta medida suele aumentar la velocidad que se percibe en la aplicación, permitiendo que el programa pida la orden siguiente antes de terminar la anterior. - Procesamiento asíncrono Los elementos asíncronos de un programa se pueden implementar como hilos. Un ejemplo es como los software de procesamiento de texto guardan archivos temporales cuando se está trabajando en dicho programa. Se crea un hilo que tiene como función guardar una copia de respaldo mientras se continúa con la operación de escritura por el usuario sin interferir en la misma. - Aceleración de la ejecución Se pueden ejecutar, por ejemplo, un lote mientras otro hilo lee el lote siguiente de un dispositivo. 11 HyperThreading (HT Technology) es una marca registrada de la empresa Intel para denominar su implementación de la tecnología Multithreading Simultáneo también conocido como SMT. Permite a los programas preparados para ejecutar múltiples hilos (multi-threaded) procesarlos en paralelo dentro de un único procesador, incrementando el uso de las unidades de ejecución del procesador. Esta tecnología consiste en simular dos procesadores lógicos dentro de un único procesador físico. El resultado es una mejoría en el rendimiento del procesador, puesto que al simular dos procesadores se pueden aprovechar mejor las unidades de cálculo manteniéndolas ocupadas durante un porcentaje mayor de tiempo. Esto conlleva una mejora en la velocidad de las aplicaciones que según Intel es aproximadamente de un 30%. La tecnología HyperThreading tiene grandes capacidades de procesamiento y rapidez. Algunas de sus ventajas son: mejora el apoyo de código “multi-hilos”, que permite ejecutar múltiples hilos simultáneamente, mejora de la reacción y el tiempo de respuesta. De acuerdo con el primer informe de Intel, los Pentium 4 que incorporan esta tecnología tienen un rendimiento entre un 15% y un 30% superior al de los procesadores sin HyperThreading, y utilizan sólo un 5% más de recursos.
  • 13. - Estructuración modular de los programas Es un mecanismo eficiente para un programa que ejecuta una gran variedad de actividades separadas mediante hilos que realizan cada una de ellas. Implementaciones Hay dos grandes categorías en la implementación de hilos:  Hilos a nivel de usuario o ULT (user level thread).  Hilos a nivel de kernel o KLT (kernel level thread). Hilos a nivel de usuario (ULT) En una aplicación ULT pura, todo el trabajo de gestión de hilos lo realiza la aplicación y el núcleo o kernel no es consciente de la existencia de hilos. Es posible programar una aplicación como multihilo mediante una biblioteca de hilos. La misma contiene el código para crear y destruir hilos, intercambiar mensajes y datos entre hilos, para planificar la ejecución de hilos y para salvar y restaurar el contexto de los hilos. Todas las operaciones descritas se llevan a cabo en el espacio de usuario de un mismo proceso. El kernel continua planificando el proceso como una unidad y asignándole un único estado (Listo, bloqueado, etc.). Ventajas de los ULT  El intercambio de los hilos no necesita los privilegios del modo kernel, porque todas las estructuras de datos están en el espacio de direcciones de usuario de un mismo proceso. Por lo tanto, el proceso no debe cambiar a modo kernel para gestionar hilos. Se evita la sobrecarga de cambio de modo y con esto el sobrecoste u overhead.  Se puede realizar una planificación específica. Dependiendo de que aplicación sea, se puede decidir por una u otra planificación según sus ventajas.  Los ULT pueden ejecutar en cualquier sistema operativo. La biblioteca de hilos es un conjunto compartido. Desventajas de los ULT  En la mayoría de los sistemas operativos las llamadas al sistema (System calls) son bloqueantes. Cuando un hilo realiza una llamada al sistema, se bloquea el mismo y también el resto de los hilos del proceso.  En una estrategia ULT pura, una aplicación multihilo no puede aprovechar las ventajas de los multiprocesadores. El núcleo asigna un solo proceso a un solo
  • 14. procesador, ya que como el núcleo no interviene, ve al conjunto de hilos como un solo proceso. Una solución al bloqueo mediante a llamadas al sistema es usando la técnica de jacketing, que es convertir una llamada bloqueante en no bloqueante. Hilos a nivel de núcleo (KLT) En una aplicación KLT pura, todo el trabajo de gestión de hilos lo realiza el kernel. En el área de la aplicación no hay código de gestión de hilos, únicamente un API (interfaz de programas de aplicación) para la gestión de hilos en el núcleo. Windows 2000, Linux y OS/2 utilizan este método. Linux utiliza un método muy particular en el que no hace diferencia entre procesos e hilos. Para Linux, si varios procesos creados con la llamada al sistema "clone" comparten el mismo espacio de direcciones virtuales, el sistema operativo los trata como hilos, y lógicamente son manejados por el kernel. Ventajas de los KLT  El kernel puede planificar simultáneamente múltiples hilos del mismo proceso en múltiples procesadores.  Si se bloquea un hilo, puede planificar otro del mismo proceso.  Las propias funciones del kernel pueden ser multihilo Desventajas de los KLT  El paso de control de un hilo a otro precisa de un cambio de modo. Combinaciones ULT y KLT Algunos sistemas operativos ofrecen la combinación de ULT y KLT, como Solaris. La creación de hilos, así como la mayor parte de la planificación y sincronización de los hilos de una aplicación se realiza por completo en el espacio de usuario. Los múltiples ULT de una sola aplicación se asocian con varios KLT. El programador puede ajustar el número de KLT para cada aplicación y máquina para obtener el mejor resultado global. En un método combinado, los múltiples hilos de una aplicación se pueden ejecutar en paralelo en múltiples procesadores y las llamadas al sistema bloqueadoras no necesitan bloquear todo el proceso.
  • 15. Aspectos del Diseño de un Paquete de Hilos12 Un conjunto de primitivas relacionadas con los hilos (ej.: llamadas a biblioteca) disponibles para los usuarios se llama un “paquete de hilos” [25, Tanenbaum]. Respecto del manejo de los hilos se tienen hilos estáticos e hilos dinámicos. En un diseño estático:  Se elige el número de hilos al escribir el programa o durante su compilación.  Cada uno de ellos tiene asociada una pila fija.  Se logra simplicidad pero también inflexibilidad. En un diseño dinámico:  Se permite la creación y destrucción de los hilos durante la ejecución.  La llamada para la creación de hilos determina: o El programa principal del hilo. o Un tamaño de pila. o Una prioridad de planificación, etc.  La llamada generalmente regresa un identificador de hilo: o Se usará en las posteriores llamadas relacionadas al hilo.  Un proceso: o Se inicia con un solo hilo. o Puede crear el número necesario de hilos. Los hilos pueden concluir:  Por su cuenta, al terminar su trabajo.  Por su eliminación desde el exterior. Los hilos comparten una memoria común:  Contiene datos que los distintos hilos comparten.  El acceso generalmente se controla mediante regiones críticas. Implantación de un Paquete de Hilos13 Un paquete de hilos se puede implantar en el espacio [25, Tanenbaum]:  Del usuario.  Del núcleo. Implantación del paquete de hilos en el espacio del usuario: 12 Fuente de consulta. Procesos y procesadores en sistemas distribuidos. http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/SistemasOperativos/SOF.htm [On line] Consultado el 12 de agosto de 2012. 13 Ibid.
  • 16.  El núcleo no sabe de su existencia.  El núcleo maneja procesos con un único hilo.  No requiere soporte de hilos por parte del S. O.  Los hilos se ejecutan en un sistema de tiempo de ejecución: o Es un grupo de procedimientos que manejan los hilos.  Cuando un hilo ejecuta una llamada al sistema o cualquier acción que pueda provocar su suspensión: o Llama a un procedimiento del sistema de tiempo de ejecución. o El procedimiento verifica si hay que suspender al hilo, en cuyo caso:  Almacena los registros del hilo en una tabla.  Busca un hilo no bloqueado para ejecutarlo.  Vuelve a cargar los registros de la máquina con los valores resguardados del nuevo hilo.  Las principales ventajas son: o El intercambio de hilos es más rápido que si se utilizaran los señalamientos al núcleo. o Cada proceso puede tener su propio algoritmo adaptado de planificación de hilos. o Tienen una mejor escalabilidad para un número muy grande de hilos, ya que no afectan al núcleo con tablas y bloques de control (pila). Implantación del paquete de hilos en el espacio del núcleo:  No se necesita un sistema de tiempo de ejecución.  Para cada proceso el núcleo tiene una tabla con una entrada por cada hilo que contiene: o Los registros, estados, prioridades y demás información relativa al hilo.  Todas las llamadas que pueden bloquear un hilo se implantan como llamadas al sistema: o Significa un costo mayor (en recursos y tiempo).  Cuando un hilo se bloquea, el núcleo puede ejecutar: o Otro hilo listo del mismo proceso. o Un hilo de otro proceso:  Con los hilos a nivel usuario el sistema de tiempo de ejecución mantiene en ejecución los hilos de su propio proceso hasta que:  El núcleo les retira la CPU, o.  No hay hilos listos. Un problema fundamental de los paquetes de hilos a nivel usuario es el de las llamadas al sistema con bloqueo:  No se puede permitir que el hilo realmente realice la llamada al sistema: o Detendría a todos los hilos del proceso. o Un hilo bloqueado no debe afectar a los demás.  Una solución es agregar código junto a la llamada al sistema para verificar si la misma no generaría bloqueo: o Se efectuaría la llamada al sistema solo si la verificación da o.k. o El código adicional suele llamarse jacket.
  • 17. Otro problema de los paquetes de hilos a nivel usuario es que si un hilo comienza su ejecución no puede ejecutarse ningún otro hilo de ese proceso, salvo que el hilo entregue voluntariamente la CPU. Un problema adicional para los hilos a nivel usuario es que generalmente los programadores desean los hilos en aplicaciones donde los hilos se bloquean a menudo:  Ej.: servidor de archivos con varios hilos. Hilos y RPC14 Es común que los sistemas distribuidos utilicen RPC e hilos [25, Tanenbaum]. Al iniciar un hilo servidor, “S”, éste exporta su interfaz al informarle de ésta al núcleo; la interfaz define los procedimientos que puede llamar, sus parámetros, etc. Al iniciar un hilo cliente, “C”, éste importa la interfaz del núcleo:  Se le proporciona un identificador especial para utilizarlo en la llamada.  El núcleo sabe que “C” llamará posteriormente a “S”: o Crea estructuras de datos especiales para prepararse para la llamada. Una de las estructuras es una pila de argumentos compartida por “C” y “S”, que se asocia de manera lectura / escritura en ambos espacios de direcciones. Para llamar al servidor, “C”:  Coloca sus argumentos en la pila compartida mediante el procedimiento normal de transferencia. 14 Ibídem.
  • 18.  Hace un señalamiento al núcleo colocando un identificador especial en un registro. El núcleo:  Detecta esto y deduce que es una llamada local.  Modifica el mapa de memoria del cliente para colocar éste en el espacio de direcciones del servidor.  Inicia el hilo cliente, al ejecutar el procedimiento del servidor. La llamada se efectúa de tal forma que:  Los argumentos se encuentran ya en su lugar: o No es necesario su copiado u ordenamiento. o La RPC local se puede realizar más rápido de esta manera. Modelos de Sistemas En un sistema distribuido, con varios procesadores, un aspecto fundamental del diseño es cómo se los utiliza. Los procesadores distribuidos se pueden organizar de varias formas:  Modelo de estación de trabajo.  Modelo de la pila de procesadores.  Modelo híbrido. El Modelo de Estación de Trabajo15 El sistema consta de estaciones de trabajo (PC) dispersas conectadas entre sí mediante una red de área local (LAN). Pueden contar o no con disco rígido en cada una de ellas. Los usuarios tienen:  Una cantidad fija de poder de cómputo exclusiva.  Un alto grado de autonomía para asignar los recursos de su estación de trabajo. Uso de los discos en las estaciones de trabajo:  Sin disco: o Bajo costo, fácil mantenimiento del hardware y del software, simetría y flexibilidad. o Gran uso de la red, los servidores de archivos se pueden convertir en cuellos de botella.  Disco para paginación y archivos de tipo borrador: o Reduce la carga de la red respecto del caso anterior. 15 Op. Cit.
  • 19. o Alto costo debido al gran número de discos necesarios.  Disco para paginación, archivos de tipo borrador y archivos binarios (ejecutables): o Reduce aún más la carga sobre la red. o Alto costo y complejidad adicional para actualizar los binarios.  Disco para paginación, borrador, binarios y ocultamiento de archivos: o Reduce aún más la carga de red y de los servidores de archivos. o Alto costo. o Problemas de consistencia del caché.  Sistema local de archivos completo: o Escasa carga en la red. o Elimina la necesidad de los servidores de archivos. o Pérdida de transparencia. Métodos Lo que sigue es la lista de métodos importantes disponibles en la clase Thread. SN Los métodos con Descripción 1 public void start () inicia el hilo en un trazado independiente de la ejecución, a continuación, invoca el método run () en este objeto Thread. 2 public void run () Si este objeto Thread se crea una instancia con un objetivo Ejecutable independiente, el método run () se invoca en ese objeto Runnable. 3 setName public void final (String nombre) Cambia el nombre del objeto Thread. Hay también un método getName () para recuperar el nombre. 4 setPriority public void final (prioridad int) Establece la prioridad de este objeto Thread. Los valores posibles son entre 1 y 10. 5 public void setDaemon (boolean on) Un parámetro de verdad denota este Tema como un hilo demonio. 6 final void público, vaya (a largo milisegundos) El subproceso actual invoca este método en un subproceso en segundo lugar, haciendo que el hilo actual se bloquee hasta que el segundo hilo termina o pasa el número especificado de milisegundos. 7 interrupción public void () interrumpe este hilo, causando que para continuar la ejecución si fue bloqueado por cualquier motivo. 8 isAlive public final boolean () Devuelve true si el hilo está vivo, que es cualquier momento después de que el hilo se ha puesto en marcha, pero antes de que se complete. Los métodos anteriores se invocan en un objeto Thread en particular. Los siguientes métodos de la clase Thread son estáticos. La invocación de uno de los métodos estáticos lleva a cabo la operación en el subproceso actualmente en ejecución. SN Los métodos con Descripción 1 rendimiento public void () Hace que el subproceso actualmente en ejecución para ceder el paso a cualquier otro subproceso de la misma prioridad que están esperando para ser programado
  • 20. 2 sueño public void (largo milisegundos) hace que el subproceso actualmente en ejecución para bloquear por lo menos el número especificado de milisegundos 3 public static boolean holdsLock (Object x) Devuelve true si el subproceso actual tiene el bloqueo en el objeto dado. 4 Tema currentThread pública estática () Devuelve una referencia al subproceso actualmente en ejecución, que es el hilo que llama a este método. 5 dumpstack public void () Imprime el seguimiento de la pila para el subproceso actualmente en ejecución, lo cual es útil cuando se depura una aplicación multiproceso. Ejemplos de multihilos Ejemplo 1: Este es uno fácil // Crear un Nuevo thread. class NewThread implements Runnable { Thread t; NewThread() { // Crear un Segundo thread t = new Thread(this, "Demo Thread"); System.out.println("Child thread: " + t); t.start(); // Start the thread } // This is the entry point for the second thread. public void run() { try { for(int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("Child Thread: " + i); // Let the thread sleep for a while. Thread.sleep(500); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Child interrupted."); } System.out.println("Exiting child thread."); } } class ThreadDemo { public static void main(String args[]) { new NewThread(); // create a new thread try { for(int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("Main Thread: " + i); Thread.sleep(1000); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Main thread interrupted."); } System.out.println("Main thread exiting."); } } Que produce los siguientes resultados Child thread: Thread[Demo Thread,5,main] Main Thread: 5 Child Thread: 5 Child Thread: 4
  • 21. Main Thread: 4 Child Thread: 3 Child Thread: 2 Main Thread: 3 Child Thread: 1 Exiting child thread. Main Thread: 2 Main Thread: 1 Main thread exiting. Ejemplo 2. Crear un thread extendido // Crear un Segundo thread extendido de un Thread class NewThread extends Thread { NewThread() { // Create a new, second thread super("Demo Thread"); System.out.println("Child thread: " + this); start(); // Start the thread } // This is the entry point for the second thread. public void run() { try { for(int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("Child Thread: " + i); // Let the thread sleep for a while. Thread.sleep(500); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Child interrupted."); } System.out.println("Exiting child thread."); } } class ExtendThread { public static void main(String args[]) { new NewThread(); // create a new thread try { for(int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("Main Thread: " + i); Thread.sleep(1000); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Main thread interrupted."); } System.out.println("Main thread exiting."); } } El resultado que aparece es: Child thread: Thread[Demo Thread,5,main] Main Thread: 5 Child Thread: 5 Child Thread: 4 Main Thread: 4 Child Thread: 3 Child Thread: 2 Main Thread: 3 Child Thread: 1 Exiting child thread.
  • 22. Main Thread: 2 Main Thread: 1 Main thread exiting. Ejemplo 3. Sea una clase que produce datos y otra que los visualiza. La productora de datos se llama "tarea_datos" y la que los muestra se llama "tarea_vista". "tarea_vista" recibe una referencia a "tarea_datos" para visualizar el resultado. Este ejemplo todavía no contiene hilos, su comprensión ayudará a entender como funcionan los hilos en los siguientes ejemplos. Para acercarnos a lo que será la explicación sobre hilos, cada clase realiza su labor en la función run(). "tarea_datos" lee un número de un archivo y la "tarea_vista" lo muestra. import java.io.*; /**************************************** * Primera versión, sin hilos. * En un sólo hilo todo el procesamiento es secuencial y por tanto * realiza la operación correctamente, visualizando el dato ****************************************/ public class control01 { public control01() { tarea_datos01 t1 = new tarea_datos01(); tarea_vista01 t2 = new tarea_vista01( t1 ); t1.run(); // Lee dato t2.run(); // Lo visualiza } public static void main(String[] args) { control01 control1 = new control01(); } } /******************* Clase que obtiene el dato ******************/ class tarea_datos01 { private double resultado = -1; public void run() { leer_datos(); } void leer_datos() { try { BufferedReader in = new BufferedReader( new FileReader("xxx") ); resultado = Double.parseDouble( in.readLine() ); in.close(); } catch (Exception e) { System.out.println( e.getMessage() ); } } double obt_resultado() { return resultado; } } /****************** Clase visualizadora *******************/ class tarea_vista01 { private tarea_datos01 td; tarea_vista01( tarea_datos01 td ) { this.td = td; } public void run() { System.out.println( "Resultado: " + td.obt_resultado() ); } }
  • 23. Lo que hace la función main() es: 1. Crea un objeto t1 de la clase tarea_datos01. 2. Crea un objeto t2 de la clase tarea_vista01, pasando como argumento el objeto t1. 3. La llamada a t1.run() obtiene el dato del archivo. 4. La llamada a t2.run() implica: I. Solicitar el dato a t1, llamando a t1.obt_resultado(). II. Visualizar el resultado. Entonces, tarea_vista es una clase excesivamente ligera o pequeña, esto solo por ejemplo. Puesto que el orden es secuencial y hay un único hilo (el hilo de ejecución de la función main()), el resultado será el esperado: imprimir por pantalla el número leído del archivo. ¿Qué ocurre si no se cumple el orden secuencial y lógico de "I) obtener el dato y II) visualizarlo", sino que primero se visualiza y después se obtiene el resultado? Entonces, el resultado que se vería por pantalla sería incorrecto, es decir, el valor por defecto: -1. Esto es lo que nos ocurrirá en la siguiente versión. Subclases de Thread Ahora el programa anterior se pondrá en forma de multihilos, de tal forma que cada tarea sea un hilo. ¿Por qué usar hilos? Analice, por ejemplo, que puede interesar simultanear la lectura de un fichero muy grande con otras tareas. Al fin y al cabo, estamos acostumbrados a esta simultaneidad mientras se navega por la web, donde a un tiempo puede estar descargando un fichero y abriendo una página. Algunas reglas: 1. Todo hilo se inicia con la función start(), no con su constructor. 2. La función start() llama automáticamente a su función run(), sin intervención del programador. 3. La función run() debe reescribirse sin parámetros ni devolución de objetos. 4. En la función run() el programador inserta las acciones específicas del hilo. 5. No llames directamente al método run(), start() lo hace por ti. La llamada directa a run() sólo ejecuta su contenido en el mismo hilo, y no en el nuevo que se ha iniciado. En este caso se simula una situación típica para usar hilos: se necesita un flujo de control que produce los datos (por lectura y/o cálculo) y otro que los consume (visualización, etc.), pero no hay seguridad de que el consumo este sincronizado con la producción. Al aplicar un esquema de programación multihilo vamos a enfrentarnos a alguno de los retos de la programación concurrente. Entonces, los único que se ha hecho es heredar de la clase Thread y aplicar la regla 2, es decir, llamamos a start() y esta función, predefinida por Java, llama automáticamente a run():
  • 24. import java.io.*; /**************************************** * Primera versión con hilos, que muestra el resultado incorrecto (- 1). * Ya que el hilo de visualización realiza su tarea antes de que * el hilo de datos termine de leer los datos. Para simular una 'larga' * lectura usamos sleep( milisegundos ) ****************************************/ public class control02 { public control02() { tarea_datos02 t1 = new tarea_datos02(); tarea_vista02 t2 = new tarea_vista02( t1 ); t1.start(); // Lee dato t2.start(); // Lo visualiza } public static void main(String[] args) { control02 control1 = new control02(); } } /******************* Clase que obtiene dato ******************/ class tarea_datos02 extends Thread { private double resultado = -1; public void run() { leer_datos(); } void leer_datos() { try { BufferedReader in = new BufferedReader( new FileReader("xxx") ); sleep( 1000 ); resultado = Double.parseDouble( in.readLine() ); in.close(); } catch (Exception e) { System.out.println( e.getMessage() );} } double obt_resultado() { return resultado; } } /****************** Clase visualizadora *******************/ class tarea_vista02 extends Thread { private tarea_datos02 td; tarea_vista02( tarea_datos02 td ) { this.td = td; } public void run() { System.out.println( "Resultado: " + td.obt_resultado() ); } } Con t1.start() se inicia el hilo que realiza la lectura. Paralelamente se arranca t2 con t2.start(), que llama a t2.run() para visualizar el número. Lo que el programa devuelve es: Resultado: -1
  • 25. Resulta evidente que se ha visualizado la variable antes de haber leído su valor del archivo. Necesitamos sincronizar los hilos. Necesitamos que el hilo de visualización no se adelante al hilo de cálculo. Los métodos sleep() e interrupt() Esta es una primera aproximación a la sincronización de hilos, usando sleep(), que sirve para decirle a un hilo que se duerma durante un periodo de tiempo (medido en milisegundos). En nuestro ejemplo modificamos tarea_datos() para que devuelva el resultado más tarde (y correctamente), es decir, retrasamos un hilo para "dar tiempo" a otro para que termine su tarea: double obt_resultado() { try { sleep(1050); // Duermo un poco return resultado; // Devuelvo el dato } catch (InterruptedException e) { System.out.println( e.getMessage() ); return -1; } } sleep() exige el manejo de InterruptedException. Pero no es una solución muy elegante: ¿el sueño debe durar 1 segundo?, ¿o tal vez un minuto? Por cierto, nuestra llamada invoca al método de un objeto (this). Pero podemos usar sleep() como método de clase (ya que es static) en la forma: Thread.sleep( 1050 ); Lo que estamos haciendo es dormir al hilo actual, dando así la posibilidad de más ciclos de procesamiento al resto de hilos. La excepción InterruptedException se dispara cuando otro hilo llama a interrupt() del hilo que se quiere interrumpir. No suele usarse interrupt(), ya que los hilos suelen interrumpirse cuando termina, llega al fin de run(). Con interrupt() despertamos a un hilo que se encuentra dormido o bloqueado, por ejemplo por una larga operación de entrada/salida, por wait() o por sleep(). Hay una excepción a la regla sobre InterruptedException: si se llama a interrupt() cuando el hilo no está durmiendo o esperando, no se genera InterruptedException. Puede saber si un hilo esta interrumpido por medio de la función "boolean isInterrupted()": if ( !isInterrupted() ) ... Los métodos stop() y suspend() han sido desaconsejados por SUN.
  • 26. Bloqueo de objetos (synchronized) Uno de los problemas centrales de la programación multihilo es manejar situaciones en las que más de un hilo tiene acceso a la misma estructura de datos, que es lo que sucede normalmente en un sistema operativo. Por ejemplo, si un hilo estuviera intentando actualizar los elementos de una lista, mientras otro está simultáneamente intentando clasificarla, su programa puede bloquearse o producir resultados incorrectos. Para evitar este problema, debe utilizar la sincronización de hilos. La forma más sencilla de evitar que dos objetos accedan a un método de un tercero al mismo tiempo es que el primer hilo lo bloquee. Cuando un hilo mantiene un bloqueo, otro hilo que también lo necesita tiene que esperar hasta que el primer hilo libera su bloqueo. ¿Cómo se hace? declarando métodos sincronizados (synchronized), por ejemplo: synchronized void leer_datos() { ... } Una buena metáfora es pensar la situación de bloqueo como una puerta que tiene un cerrojo en su interior, cuando un hilo accede al método cierra la puerta y bloquea la puerta, de tal forma que otro hilo que quiera acceder a la misma se debe mantener en espera hasta que el primero sale. Para mantener un método libre de problemas con los hilos (thread-safe), se utiliza la palabra clave synchronized. El hilo anula el bloqueo cuando sale del último método sincronizado. En nuestro caso hemos hecho que dos métodos sean sincronizados: synchronized void leer_datos() { try { BufferedReader in = new BufferedReader( new FileReader("xxx") ); sleep( 1000 ); resultado = Double.parseDouble( in.readLine() ); in.close(); } catch (IOException e) { System.out.println( e.getMessage() ); } } synchronized double obt_resultado() { return resultado; } // Hemos quitado sleep() de aqui Funciona. Visualizamos el número que se tenía almacenado en el archivo. ¿Por qué? El objeto 'vista' no puede acceder a tarea_datos04.obt_resultado hasta que el objeto de 'tarea_datos04' no ha sido desbloqueado. Hay un malentendido habitual: creer que lo que se bloquea es el método. Es un error natural, puesto que ponemos la palabra synchronized en un método tendemos a pensar que el bloqueo se produce sobre el método. Es decir: ES EL OBJETO EL QUE ESTA BLOQUEADO, NO EL METODO. Para la JVM cada objeto tiene un contador de
  • 27. bloqueo, que registra el número de métodos sincronizados que permanecen en ejecución. Cuando el contador alcanza el valor de cero, se libera el bloqueo. Métodos wait() y notify() Se ha observado como se puede colocar secuencialmente los hilos por medio de synchronized. Los métodos wait() y notify() extienden o potencian esta capacidad. Estos métodos los hereda toda clase de Java, ya que están definidos en la clase Object. Sólo pueden usarse en métodos sincronizados. Con wait() un hilo se queda en espera y libera el cerrojo sobre el objeto que hubiese bloqueado (recuerde aquí la metáfora de la puerta con cerrojo). Importante para evitar esperas "eternas" (y aplicaciones "colgadas") es tener en cuenta que cuando un hilo entra en espera no tiene posibilidad de despertarse sólo, sino que depende de otro hilo que lo despierte mediante notity(). Cuando no esté seguro de cual es el hilo que debe despertar lo más seguro es usar notifyAll(). Las aplicaciones obedecen a una serie de reglas: Regla 1 (que es la synchronized): si varios hilos modifican un objeto, declare los métodos modificadores, así como los de sólo lectura, como sincronizados. En el ejemplo anterior: synchronized void leer_datos() { BufferedReader in = new BufferedReader( new FileReader("xxx") ); .... } synchronized double obt_resultado() { return resultado; } Regla 2: cuando un hilo depende del estado de un objeto, debe esperar dentro del objeto (no fuera), en un método sincronizado en el que llama a wait(). Un esquema: synchronized tipo obtener_dato() { notifyAll(); // Despierto a los demás while ( !condicion ) // Mientras no se cumplan prerrequisitos para conseguir dato wait(); // Espero return dato; // Hago mi trabajo } Regla 3: cuando un hilo cambia el estado de un objeto llama a notifyAll(), ya que de esta forma da oportunidad a los demás para despertar y comprobar si el cambio les afecta. Un esquema: synchronized tipo modificar_dato() { while ( !condicion ) // Mientras no se cumplan prerrequisitos para hacer mi trabajo wait(); // Espero ... modifico datos ... // Hago mi trabajo notifyAll(); // Despierto a los demás
  • 28. } Regla 4: el método run() suele tener la forma siguiente (ver Horstmann y Cornell ,2003, p. 62-63): public void run() { try { while ( !interrupted() ) { ... hago mi trabajo ... sleep( x ); } } catch (InterruptedException e) { } } El método interrupted() es estático y comprueba si el hilo actual ha sido interrumpido. Además su llamada reinicia el estado de "interrumpido" del hilo. A diferencia de isInterrupted() que hace la comprobación pero no modifica el estado "interrumpido" del hilo. Ver un buen ejemplo de wait() y notify() en Niemeyer y Knudsen (2000, pag. 257). Ejemplo 4. Este es un ejemplo que se ha adaptado de Horstmann y Cornell (2003, p. 13-17). En este caso no se usa Swing, sino AWT (se usa la clase Applet, en vez de JFrame). Además, a diferencia del original, las bolas no salen de la misma posición y su velocidad varía. El applet no tiene una complejidad especial: /********************************************************************* ** Al presionar el botón Iniciar, se crea y arranca un hilo Cada hilo mueve una bola ********************************************************************** **/ public class animacion_bolas extends Applet { int origen_x = 0; private panel_bolas pbola = new panel_bolas(); private Panel pbotones = new Panel(); Button b_iniciar = new Button( "Iniciar"); // Boton para iniciar una animación /******* Inicializar el applet ********/ public void init() { try { jbInit(); } catch(Exception e) { e.printStackTrace(); } } /**************Inicialización de componentes ***********/ private void jbInit() throws Exception { this.setLayout( new BorderLayout() );
  • 29. pbola.setBackground(Color.cyan); b_iniciar.addActionListener(new animacion_bolas_b_iniciar_actionAdapter(this)); pbotones.add( b_iniciar ); add(pbola, BorderLayout.CENTER); add(pbotones, BorderLayout.SOUTH); } /**** Crea la bola: (1) se la pasa al panel y (2) se la pasa al hilo, después start */ public void aniadir_bola() { origen_x += 10; if ( origen_x > 150 ) origen_x = 0; bola b = new bola( pbola, origen_x, 0 ); pbola.add(b); // Añadir bola a panel hilo_de_bola thread = new hilo_de_bola( b, origen_x/5 ); thread.start(); } /**** Gestiona el evento de pulsar botón: añade bola ****/ void b_iniciar_actionPerformed(ActionEvent e) { aniadir_bola(); } } Lo único relevante es ver que al pulsar el botón se llama a la función "aniadir_bola()". En esta función se crea la bola (pasándole al constructor el panel de bolas y las coordenadas de su origen. A continuación se crea el hilo (se le pasa la bola y el periodo de refresco medido en milisegundos). Por último, se inicia el hilo con thread.start(); El panel de bolas lleva el registro (Vector) de las bolas creadas y pinta las bolas en respuesta al evento paint: class panel_bolas extends Panel { private Vector lista_bolas = new Vector(); public void add( bola b ) { lista_bolas.add(b); } public void paint(Graphics g) { Graphics2D g2 = (Graphics2D)g; for (int i = 0; i < lista_bolas.size(); i++) { bola b = (bola)lista_bolas.get(i); b.draw(g2); } } } Lo interesante es ver lo que ocurre cuando se ejecuta con start() el hilo: mueve cada periodo de "milisegundos" la bola. Para determinar la velocidad usamos sleep(). Con sleep() no sólo se consigue que duerma el hilo, sino que además se tiene un hilo bien diseñado, ya que al dormir permite que otros hilos hagan su trabajo. class hilo_de_bola extends Thread {
  • 30. private bola b; private int milisegundos; public hilo_de_bola( bola abola, int milisegundos ) { b = abola; this.milisegundos = milisegundos; } public void run() { try { for (int i = 1; i < = 1000; i++) { b.move(); // Ordeno al objeto que se mueva sleep( milisegundos ); // Duerme al hilo } } catch (InterruptedException e) { System.out.println( e.getMessage() ); } } } La clase bola es responsable de mover la posición de la bola y dibujarla: class bola { private panel_bolas pbolas; private static final int XSIZE = 15; private static final int YSIZE = 15; private int x = 0; private int y = 0; private int dx = 2; // Salto en la X private int dy = 2; // Salto en la Y /***** Construye la bola, asociada a un panel y unas coordenadas de origen ******/ public bola(panel_bolas c, int origen_x, int origen_y ) { pbolas = c; x = origen_x; y = origen_y; } /** Dibuja la bola en su posición actual ******/ public void draw(Graphics2D g2) { g2.fill(new Ellipse2D.Double(x, y, XSIZE, YSIZE)); } /***** Cambio la posición de la bola y ordeno repintar *****/ public void move() { /*** Incremento x,y ***/ x += dx; y += dy; /**** Si llega al limite inferior o superior de x, invierte el movimiento */ if (x < 0) { x = 0; dx = -dx; } if (x + XSIZE >= pbolas.getWidth()) { x = pbolas.getWidth() - XSIZE; dx = -dx;
  • 31. } /**** Si llega al limite inferior o superior de y, invierte el movimiento */ if (y < 0) { y = 0; dy = -dy; } if (y + YSIZE >= pbolas.getHeight()) { y = pbolas.getHeight() - YSIZE; dy = -dy; } pbolas.repaint(); // Repintar el panel } } /**** Gestión de evento de botón ******/ class animacion_bolas_b_iniciar_actionAdapter implements java.awt.event.ActionListener { animacion_bolas adaptee; animacion_bolas_b_iniciar_actionAdapter(animacion_bolas adaptee) { this.adaptee = adaptee; } public void actionPerformed(ActionEvent e) { adaptee.b_iniciar_actionPerformed(e); } } El interfaz Runnable En ocasiones puede interesar que una clase que hereda de otra (por ejemplo de Applet) al mismo tiempo contenga el método run() propio de un Thread. Pero en Java, a diferencia de C++, no hay herencia múltiple; en esta situación una solución típica de Java es combinar la herencia (extends) con la recepción (implements) de un interfaz. En nuestro ejemplo ocurre que la clase hereda (extends) de Applet y reciba un interfaz que le permita contener el método deseado, run(). Para ello usamos "implements Runnable". En el siguiente ejemplo se tiene un applet que funciona como un reloj: cada segundo se muestra por pantalla la hora: public class reloj extends Applet implements Runnable { private Thread hilo; int periodo_refresco = 1000; /************************************************************** ********** * run del hilo: se duerme durante un segundo *************************************************************** ********/ public void run() { while ( hilo != null ) { try { Thread.sleep( periodo_refresco ); } catch (InterruptedException e ) { return; } repaint();
  • 32. } } public void paint( java.awt.Graphics g ) { g.drawString( new java.util.Date().toString( ), 10, 25 ); } /************************************************************** ********* * No confundirse: este método es el start del applet. * Desde aquí llamamos a start del hilo. *************************************************************** ********/ public void start( ) { if ( hilo == null ) { hilo = new Thread(this); // Coloco applet en hilo hilo.start(); } } /************************************************************** ********* * Parada del applet: si la referencia al hilo no es nula: paro el hilo. *************************************************************** ********/ public void stop( ) { if ( hilo != null ) { hilo.interrupt(); hilo = null; } } } Esto produciría siguiente resultado: Aspectos de la solución: 1. El hilo es un atributo del applet. Su variable sirve como señal de control: cuando es null significa que el hilo está parado (además facilita la recolección de basura). 2. Con start() creamos el hilo (pasamos una referencia del applet, this, al constructor del hilo). A continuación iniciamos el hilo, por medio de la llamada hilo.start(). No debemos confundir el método start() del applet con el método start() del hilo. 3. El método run() implementa la tarea que se desea: duerme durante un segundo y llama a repaint(). 4. Cuando el applet se detiene (stop), se interrumpe el hilo. Cuando se vuelva a iniciar el applet (start) se vuelve a crear e iniciar el hilo.
  • 33. Uso de Estaciones de Trabajo Inactivas16 La idea consiste en ordenar remotamente la ejecución de procesos en estaciones de trabajo inactivas. Los aspectos clave son:  ¿Cómo encontrar una estación de trabajo inactiva?  ¿Cómo lograr que un proceso remoto se ejecute de forma transparente?  ¿Qué ocurre si regresa el poseedor de la máquina? Generalmente se considera que una estación de trabajo está “inactiva” cuando se dan ambas condiciones:  Nadie toca el ratón o el teclado durante varios minutos.  No se ejecuta algún proceso iniciado por el usuario. Los algoritmos para localizar las estaciones de trabajo inactivas se pueden dividir en dos categorías:  Controlados por el servidor.  Controlados por el cliente. Algoritmos controlados por el servidor:  Cuando una estación de trabajo está inactiva: o Se convierte en un servidor potencial. o Anuncia su disponibilidad:  Proporciona su nombre, dirección en la red y propiedades:  Grabándolos en un archivo, o.  Transmitiéndolos a las otras estaciones.  Se pueden dar situaciones de competencia entre distintos usuarios para acceder a la misma estación inactiva al mismo tiempo: o Se deben detectar al ingresar el requerimiento. o Solo progresa el primer requerimiento arribado. o Se elimina a la estación de la lista de inactivas. o Quien hizo el llamado puede enviar su ambiente e iniciar el proceso remoto. Algoritmos controlados por el cliente: 16 A. S. Tanenbaum. Sistemas Operativos Distribuidos. Prentice Hall Hispanoamericana, S.A., México, 1996.
  • 34.  El cliente transmite una solicitud indicando el programa que desea ejecutar, la cantidad de memoria necesaria, si requiere un chip coprocesador, etc.  Al regresar la respuesta se elige una estación y se la configura. Para ejecutar el proceso en la estación remota seleccionada se debe lograr:  El desplazamiento del código.  La configuración del proceso remoto de modo que: o “Vea” el mismo ambiente que tendría en el caso local, en la estación de trabajo de origen. o Ejecute de la misma forma que en el caso local. Se necesita la misma visión del sistema de archivos, el mismo directorio de trabajo, etc. Si se trabaja sobre el servidor de archivos se envían las solicitudes de disco al servidor. Si se trabaja con discos locales se envían las solicitudes a la máquina de origen para su ejecución. Ciertas operaciones como la lectura del teclado y la escritura en la pantalla:  Nunca se pueden ejecutar en la máquina remota.  Deben regresar a la máquina de origen. Todas las llamadas al sistema que soliciten el estado de la máquina deben realizarse en la máquina donde se ejecuta el proceso. Las llamadas al sistema relacionadas con el tiempo son un serio problema debido a las dificultades de sincronización. En caso de que regrese el poseedor de la máquina:  Se podría no hacer nada, contra la idea de estaciones de trabajo “personales”.  Se podría eliminar el proceso intruso: o Abruptamente, perdiéndose el trabajo hecho y generando caos en el sistema de archivos. o Ordenadamente, salvando el procesamiento ya hecho y preservando la integridad del sistema de archivos.  Se podría emigrar el proceso a otra estación. El Modelo de la Pila de Procesadores17 Se dispone de un conjunto de CPU que se pueden asignar dinámicamente a los usuarios según la demanda. 17 Ibid.
  • 35. Los usuarios no disponen de estaciones de trabajo sino de terminales gráficas de alto rendimiento. No existe el concepto de propiedad de los procesadores, los que pertenecen a todos y se utilizan compartidamente. El principal argumento para la centralización del poder de cómputo como una pila de procesadores proviene de la teoría de colas:  Llamamos “l” a la tasa de entradas totales de solicitudes por segundo de todos los usuarios combinados.  Llamamos “m” a la tasa de procesamiento de solicitudes por parte del servidor.  Para una operación estable debe darse que “m >l”: o Se pueden permitir pequeños lapsos de tiempo en los que la tasa de entrada exceda a la de servicio.  Llamamos “T” al promedio de tiempo entre la emisión de una solicitud y la obtención de una respuesta completa: o T = 1 / ( m - l ). o Cuando “l ” tiende a “0”, “T” no tiende a “0”.  Supongamos que tenemos “n” multiprocesadores personales, cada uno con cierto número de CPU y con su propio sistema de colas con tasas “l ” y “ m ” y tiempo “T”: o Si reunimos todas las CPU y formamos una sola pila de procesadores tendremos un solo sistema de colas en vez de “n” colas ejecutándose en paralelo. o La tasa de entrada será “n l”, la tasa de servicio será “n m” y el tiempo promedio de respuesta será:  T1 = 1 / (n m - n l) = 1 / n (m - l) = T / n. o Conclusión: si reemplazamos “n” pequeños recursos por uno grande que sea “n” veces más poderoso:  Podemos reducir el tiempo promedio de respuesta “n” veces. El modelo de pila es más eficiente que el modelo de búsqueda de estaciones inactivas. También existe el modelo híbrido que consta de estaciones de trabajo y una pila de procesadores. Asignación de Procesadores Son necesarios algoritmos para decidir cuál proceso hay que ejecutar y en qué máquina. Para el modelo de estaciones de trabajo:  Decidir cuándo ejecutar el proceso de manera local y cuándo buscar una estación inactiva. Para el modelo de la pila de procesadores:
  • 36.  Decidir dónde ejecutar cada nuevo proceso. Modelos de Asignación Generalmente se utilizan las siguientes hipótesis:  Todas las máquinas son idénticas (o al menos compatibles en el código); difieren a lo sumo en la velocidad.  Cada procesador se puede comunicar con los demás. Las estrategias de asignación de procesadores se dividen en:  No migratorias: o Una vez colocado un proceso en una máquina permanece ahí hasta que termina.  Migratorias: o Un proceso se puede trasladar aunque haya iniciado su ejecución. o Permiten un mejor balance de la carga pero son más complejas. Los algoritmos de asignación intentan optimizar algo:  Uso de las CPU: o Maximizar el número de ciclos de CPU que se ejecutan para trabajos de los usuarios. o Minimizar el tiempo de inactividad de las CPU.  Tiempo promedio de respuesta: o Minimizar no los tiempos individuales de respuesta sino los tiempos promedio de respuesta.  Tasa de respuesta: o Minimizar la tasa de respuesta, que es el tiempo necesario para ejecutar un proceso en cierta máquina dividido por el tiempo que tardaría en cierto procesador de referencia. Aspectos del Diseño de Algoritmos de Asignación de Procesadores18 Los principales aspectos son los siguientes:  Algoritmos deterministas vs. heurísticos.  Algoritmos centralizados vs. distribuidos.  Algoritmos óptimos vs. subóptimos.  Algoritmos locales vs. globales.  Algoritmos iniciados por el emisor vs. iniciados por el receptor. Los algoritmos deterministas son adecuados cuando se sabe anticipadamente todo acerca del comportamiento de los procesos, pero esto generalmente no se da, aunque puede haber en ciertos casos aproximaciones estadísticas. Los algoritmos heurísticos son adecuados cuando la carga es impredecible. 18 Ibídem.
  • 37. Los diseños centralizados permiten reunir toda la información en un lugar y tomar una mejor decisión; la desventaja es que la máquina central se puede sobrecargar y se pierde robustez ante su posible falla. Generalmente los algoritmos óptimos consumen más recursos que los subóptimos, además, en la mayoría de los sistemas reales se buscan soluciones subóptimas, heurísticas y distribuidas. Cuando se va a crear un proceso se debe decidir si se ejecutará en la máquina que lo genera o en otra (política de transferencia):  La decisión se puede tomar “solo con información local” o “con información global”.  Los algoritmos locales son sencillos pero no óptimos.  Los algoritmos globales son mejores pero consumen muchos recursos. Cuando una máquina se deshace de un proceso la política de localización debe decidir dónde enviarlo:  Necesita información de la carga en todas partes, obteniéndola de: o Un emisor sobrecargado que busca una máquina inactiva. o Un receptor desocupado que busca trabajo. Aspectos de la Implantación de Algoritmos de Asignación de Procesadores Casi todos los algoritmos suponen que las máquinas conocen su propia carga y que pueden informar su estado:  La medición de la carga no es tan sencilla.  Un método consiste en contar el número de procesos (hay que considerar los procesos latentes no activos).  Otro método consiste en contar solo los procesos en ejecución o listos.  También se puede medir la fracción de tiempo que la CPU está ocupada. Otro aspecto importante es el costo excesivo en consumo de recursos para recolectar medidas y desplazar procesos, ya que se debería considerar el tiempo de CPU, el uso de memoria y el ancho de banda de la red utilizada por el algoritmo para asignación de procesadores. Se debe considerar la complejidad del software en cuestión y sus implicancias para el desempeño, la correctez y la robustez del sistema. Si el uso de un algoritmo sencillo proporciona casi la misma ganancia que uno más caro y más complejo, generalmente será mejor utilizar el más sencillo.
  • 38. Se debe otorgar gran importancia a la estabilidad del sistema:  Las máquinas ejecutan sus algoritmos en forma asíncrona por lo que el sistema nunca se equilibra.  La mayoría de los algoritmos que intercambian información: o Son correctos luego de intercambiar la información y de que todo se ha registrado. o Son poco confiables mientras las tablas continúan su actualización, es decir que se presentan situaciones de no equilibrio. Ejemplos de Algoritmos de Asignación de Procesadores19 Un Algoritmo Determinista Según la Teoría de Gráficas Es aplicable a sistemas donde se conoce:  Requerimientos de CPU y de memoria de los procesos.  Tráfico promedio entre cada par de procesos. Si el número de procesos supera al número de CPU:  Habrá que asignar varios procesos a la misma CPU.  La asignación deberá minimizar el tráfico en la red. El sistema se puede representar en una gráfica con pesos:  Cada nodo es un proceso.  Cada arco es el flujo de mensajes entre dos procesos. El problema es encontrar la forma de partir la gráfica en subgráficas sujetas a restricciones (ej.: CPU y de memoria) (ver Figura 10.1 y Figura 10.220 ):  Los arcos que van de una subgráfica a la otra representan el tráfico en la red.  Cada subgráfica es una unidad de asignación.  El algoritmo debe buscar unidades de asignación fuertemente acopladas: o Tráfico intenso dentro de la unidad de asignación. o Tráfico escaso entre unidades de asignación. 19 A. S. Tanenbaum. Sistemas Operativos Modernos. Prentice Hall Hispanoamericana, S.A., México, 1993. 20 Ibid.
  • 39. Figura. Una forma de asignar 9 procesos a 3 procesadores Figura. Otra forma de asignar 9 procesos a 3 procesadores Un Algoritmo Centralizado Es un algoritmo heurístico que a diferencia del anterior no precisa información anticipadamente. Es un algoritmo arriba-abajo (Mutka y Livny) centralizado porque un coordinador mantiene una tabla de usos:  Contiene una entrada por estación de trabajo inicializada en “0”.  Cuando ocurren eventos significativos se envían al coordinador mensajes para actualizar la tabla.  Las decisiones de asignación se basan en la tabla: o Se toman cuando ocurren eventos de planificación, tales como: se realiza una solicitud, se libera un procesador, el reloj produce una marca de tiempo.  No se intenta maximizar el uso de la CPU.  Se procura otorgar a cada usuario una parte justa del poder de cómputo.  Cuando la máquina donde se crea un proceso decide que se debe ejecutar en otra parte: o Le pide al coordinador de la tabla de usos que le asigne un procesador:  Si existe uno disponible y nadie más lo desea, se otorga el permiso.  Si no, la solicitud se niega y se registra.  Si un usuario ejecuta procesos en máquinas de otros usuarios acumula puntos de penalización por segundo, lo que se registra en la tabla de usos.
  • 40.  Si un usuario tiene solicitudes pendientes insatisfechas, se restan puntos de penalización.  Si no existen solicitudes pendientes y ningún procesador está en uso, la entrada de la tabla de usos se desplaza un cierto número de puntos hacia el “0”, hasta alcanzarlo.  El movimiento de puntos hacia arriba y abajo da nombre al algoritmo. Un puntaje positivo en una entrada de la tabla de usos indica que la estación de trabajo relacionada es un usuario de los recursos del sistema. Un puntaje negativo significa que precisa recursos. Una puntuación “0” es neutra. La heurística utilizada para la asignación de procesadores es la siguiente:  Cuando un procesador se libera gana la solicitud pendiente cuyo poseedor tiene la puntuación menor.  Un usuario que no ocupe procesadores y que tenga pendiente una solicitud durante mucho tiempo: o Siempre vencerá a alguien que utilice muchos procesadores. o Se cumple con el principio de asignar la capacidad de manera justa. Un Algoritmo Jerárquico21 El algoritmo anterior no se adapta bien a los sistemas de gran tamaño, pues el nodo central se convierte en un cuello de botella y en un único punto de fallo. Una solución son los algoritmos jerárquicos que:  Mantienen la sencillez de los centralizados.  Se escalan mejor que los centralizados. Un método consiste en organizar a los procesadores en jerarquías lógicas independientes de la estructura física:  Se establece un árbol jerárquico con distintos niveles.  Para cada grupo de máquinas hay una máquina administradora: o Mantiene un registro de las máquinas ocupadas y las inactivas.  Cada procesador se comunica con un superior y un número reducido de subordinados: o El flujo de información es controlable. En caso de falla de un equipo con funciones jerárquicas:  Lo puede reemplazar un subordinado: 21 A. S. Tanenbaum. Operating Systems: Design And Implementation. Prentice Hall, NJ-USA, 1987.
  • 41. o La elección la pueden hacer los subordinados, los pares jerárquicos del equipo fallado o el superior jerárquico del mismo. Para disminuir la vulnerabilidad se puede tener en la cima del árbol jerárquico no uno sino un grupo de equipos; si alguno del grupo falla los restantes eligen a un subordinado para integrar el grupo superior. Las tareas se pueden crear en cualquier parte de la jerarquía y pueden requerir varios procesos, es decir varios procesadores. Cada administrador debe mantener un registro de sus equipos dependientes que estén disponibles. Si el administrador que recibe una solicitud determina que no tiene suficientes procesadores disponibles, transfiere la solicitud hacia arriba a su superior, quien también podría trasladarla hacia arriba nuevamente. Si el administrador determina que sí puede satisfacer la solicitud:  Divide la solicitud en partes y la distribuye a los administradores subordinados a él.  Los subordinados repiten esta operación hasta llegar al nivel inferior.  Los procesadores se señalan como “ocupados” y el número de procesadores asignados se informa hacia arriba. Un importante problema consiste en que podría haber varias solicitudes en distintas etapas del algoritmo de asignación:  Puede conducir a estimaciones no actualizadas del número de procesadores disponibles (también pudieron salir de servicio algunos de los considerados disponibles).  Podrían presentarse situaciones de competencia, bloqueo, etc. en el intento de asignación de procesadores. Un Algoritmo Distribuido Heurístico (Eager) Al crearse un proceso.  La máquina donde se origina envía mensajes de prueba a una máquina elegida al azar; pregunta si su carga está por debajo de cierto valor de referencia.  Si la respuesta es positiva el proceso se envía a ese lugar.  Si no, se elige otra máquina para la prueba.  Luego de “n” pruebas negativas el algoritmo termina y el proceso se ejecuta en la máquina de origen.
  • 42. Un Algoritmo de Remates22 Utiliza un modelo económico con:  Compradores y vendedores de servicios.  Precios establecidos por la oferta y la demanda. Los procesos deben comprar tiempo de CPU. Cada procesador anuncia su precio mediante un archivo que todos pueden leer (es el precio pagado por el último cliente). Los distintos procesadores pueden tener distintos precios según sus características y servicios. Cuando un proceso desea iniciar un proceso hijo:  Verifica si alguien ofrece el servicio que necesita.  Determina el conjunto de procesadores que pueden prestar sus servicios.  Selecciona el mejor candidato según precio, rapidez, relación precio / desempeño, tipo de aplicación, etc.  Genera una oferta y la envía a su primera opción. Los procesadores:  Reúnen las ofertas recibidas y eligen una.  Informan a los ganadores y perdedores.  Ejecutan los procesos.  Actualizan los precios. Planificación en Sistemas Distribuidos23 Generalmente cada procesador hace su planificación local (si tiene varios procesos en ejecución) independientemente de lo que hacen los otros procesadores. La planificación independiente no es eficiente cuando se ejecutan en distintos procesadores un grupo de procesos:  Relacionados entre sí.  Con una gran interacción entre los procesos. Se necesita una forma de garantizar que los procesos con comunicación frecuente se ejecuten de manera simultánea. En muchos casos un grupo de procesos relacionados entre sí iniciarán juntos. 22 A. S. Tanenbaum. Redes de Computadoras. Prentice Hall Hispanoamericana S. A., México, 1997. 23 Ibid.
  • 43. La comunicación dentro de los grupos debe prevalecer sobre la comunicación entre los grupos. Se debe disponer de un número de procesadores suficiente para soportar al grupo de mayor tamaño. Cada procesador se multiprograma con “n” espacios para los procesos (multiprogramación de nivel “n”). El algoritmo de Ousterhout utiliza el concepto de coplanificación:  Toma en cuenta los patrones de comunicación entre los procesos durante la planificación.  Debe garantizar que todos los miembros del grupo se ejecuten al mismo tiempo.  Se emplea una matriz conceptual donde: o Las filas son espacios de tiempo. o Las columnas son las tablas de procesos de los procesadores.  Cada procesador debe utilizar un algoritmo de planificación Round Robin: o Todos los procesadores ejecutan el proceso en el espacio “0” durante un cierto período fijo. o Todos los procesadores ejecutan el proceso en el espacio “1” durante un cierto período fijo, etc.  Se deben mantener sincronizados los intervalos de tiempo.  Todos los miembros de un grupo se deben colocar en el mismo número de espacio de tiempo pero en procesadores distintos. Ejemplo de algoritmo24 El programa en Java desarrollado se encuentra en el archivo Hilos.java y posee las siguientes características: Se lo puede invocar mediante “java Hilos” y recibe como entradas por pantalla los datos de configuración de la simulación referidos a:  Número inicial de buffers ocupados.  Número máximo de buffers leidos por vez.  Número mínimo de buffers ocupados antes de grabar más.  Número de buffers grabados por vez.  Número de milisegundos de la ejecución. Respecto del archivo generado, el mismo tendrá un tamaño variable según los datos que se hayan suministrado a la ejecución que lo produce, especialmente el tiempo de 24 Fuente de consulta. Concurrencia e hilos. http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/informatica/SistemasOperativos/SOF.htm [On line] Consultado el 12 de agosto de 2012.
  • 44. ejecución; es preciso señalar además que el archivo es reutilizable, es decir que se borra automáticamente al iniciar cada ejecución. El código del programa desarrollado (Hilos.java) es el siguiente: // Trabajo práctico parte de la Tesis de la Maestría en Informática y // Computación - 2000. David Luis la Red Martínez. // // Ejemplo de concurrencia e hilos con JAVA. // // El ejemplo contempla el problema de productores / consumidores: // * Los hilos productores graban (y ocupan) buffers en un pool de buffers disponibles. // * Los hilos consumidores leen (y liberan) buffers del pool de buffers disponibles. // import java.io.*; import java.util.*; import java.util.Date; import java.awt.*; import java.awt.event.*; import java.awt.image.*; import java.applet.*; import java.applet.Applet; import java.math.*; import java.text.*; import java.lang.String; import java.lang.*; public class Hilos extends Frame implements ActionListener { VentanaDialogCH ventana; SimpleDialogCH dialog; TextArea textArea; Button boton1; public Hilos() { MenuBar barra; Menu cargadatos, ayuda, acerca, salir; MenuItem cardatos, ejecuc, listaeje, ayulis, acercade, fin; // Menú principal. barra = new MenuBar(); setMenuBar(barra); // Agregado de submenú al principal. cargadatos = new Menu(”Configuración y Ejecución”, true); barra.add(cargadatos); // Creación de opciones del menú. cardatos = new MenuItem(”Datos de Configuración”); cardatos.addActionListener(this); cargadatos.add(cardatos); ejecuc = new MenuItem(”Ejecución Concurrente e Hilos”); ejecuc.addActionListener(this); cargadatos.add(ejecuc); listaeje = new MenuItem(”Lista Resultados de Ejecución”); listaeje.addActionListener(this); cargadatos.add(listaeje); // Agregado del submenú al principal. ayuda = new Menu(”Ayuda”, true);
  • 45. barra.add(ayuda); // Creación de opciones del menú. ayulis = new MenuItem(”Listar Ayuda”); ayulis.addActionListener(this); ayuda.add(ayulis); // Agregado del submenú al principal. salir = new Menu(”Salir”, true); barra.add(salir); // Creación de opciones del menú. fin = new MenuItem(”Salir del Sistema”); fin.addActionListener(this); salir.add(fin); // Agregado del submenú al principal. acerca = new Menu(”Acerca de”, true); barra.add(acerca); // Creación de opciones del menú. acercade = new MenuItem(”Acerca del Sistema”); acercade.addActionListener(this); acerca.add(acercade); // Habilitación del cierre de la ventana. addWindowListener(new WindowAdapter() { public void windowClosing(WindowEvent e) { System.exit(0); } }); } public void actionPerformed(ActionEvent evt) { MenuItem c = (MenuItem) evt.getSource(); String arg = c.getLabel(); if(arg.equals(”Salir del Sistema”)) { System.exit(0); } else if(arg.equals(”Datos de Configuración”)) { // Para Datos de Configuración. // Lee datos de entrada. // Crea etiqueta para documento. VentanaDialogCH ventana=new VentanaDialogCH(); ventana.setTitle(”Carga de Datos de Configuración”); ventana.setVisible(true); ventana.setBackground(Color.yellow); ventana.setForeground(Color.red); ventana.setSize(new Dimension(600,400)); } else if(arg.equals(”Ejecución Concurrente e Hilos”)) { // Para Ejecución Concurrente e Hilos. // Lee datos de entrada. // Crea etiqueta para documento. VentanaDialogECH ventana=new VentanaDialogECH(); ventana.setTitle(”Realiza Ejecución Concurrente e Hilos”); ventana.setVisible(true); ventana.setBackground(Color.red);
  • 46. ventana.setForeground(Color.yellow); ventana.setSize(new Dimension(600,400)); } else if(arg.equals(”Lista Resultados de Ejecución”)) { // Para Lista Resultados de Ejecución. // Lee datos de entrada. // Crea etiqueta para documento. VentanaDialogLCH ventana=new VentanaDialogLCH(); ventana.setTitle(”Lista Resultados de Ejecución Concurrente e Hilos”); ventana.setVisible(true); ventana.setBackground(Color.green); ventana.setForeground(Color.orange); ventana.setSize(new Dimension(600,400)); } else if(arg.equals(”Listar Ayuda”)) { // Para Listar Ayuda. // Lee datos de entrada. // Crea etiqueta para Listar Ayuda. VentanaDialogA ventana=new VentanaDialogA(); ventana.setTitle(”Lista Ayuda”); ventana.setVisible(true); ventana.setBackground(Color.cyan); ventana.setForeground(Color.magenta); ventana.setSize(new Dimension(600,400)); } else if(arg.equals(”Acerca del Sistema”)) { // Para Acerca del Sistema. // Lee datos de entrada. // Crea etiqueta para Acerca del Sistema. VentanaDialogAS ventana=new VentanaDialogAS(); ventana.setTitle(”Acerca del Sistema”); ventana.setVisible(true); ventana.setBackground(Color.orange); ventana.setForeground(Color.blue); ventana.setSize(new Dimension(600,400)); } } public static void main (String args[]) { // Creación del menú principal. Hilos menus = new Hilos(); menus.setTitle(”Ejecución Concurrente e Hilos con JAVA”); menus.setVisible(true); menus.setBackground(Color.cyan); menus.setSize(new Dimension(850,650)); // Creación de la imágen dinámica. VImaCanvas imagen1 = new VImaCanvas(); imagen1.setTitle(”???????”); imagen1.setVisible(true); imagen1.setBackground(Color.orange);
  • 47. imagen1.setSize(new Dimension(100,100)); } } class VentanaDialogCH extends Frame implements ActionListener{ SimpleDialogCH dialog; TextArea textArea; Button boton1; public VentanaDialogCH(){ textArea=new TextArea(5,40); textArea.setEditable(false); add(”Center”,textArea); boton1=new Button(”Diálogo p/ configuración”); boton1.addActionListener(this); Panel panel=new Panel(); panel.add(boton1); add(”South”,panel); panel.setBackground(Color.yellow); addWindowListener(new WindowAdapter(){ public void windowClosing(WindowEvent e){ setVisible(false); }}); } public void actionPerformed(ActionEvent evt){ String str=evt.getActionCommand(); if(str.equals(”Diálogo p/ configuración”)){ if(dialog==null) dialog=new SimpleDialogCH(this,”Configuración”); dialog.show(); } } public void setText1(String stock){ try { textArea.setFont(new Font(”Times”, 1, 11)); textArea.setForeground(Color.orange); String asterisc = ”n*************************************”; textArea.append(asterisc); textArea.append(”nNúmero inicial de bu¤ers ocupados: ” + stock + ”.”); } catch (java.lang.Exception ex) { // Atrapa excepciones y las despliega. ex.printStackTrace (); } try { File f0 = new File (”Hilos.txt”); f0.delete(); RandomAccessFile f1 = new RandomAccessFile (”Hilos.txt”, ”rw”); long longitud; longitud = 0; f1.seek(longitud); f1.writeUTF(stock); f1.close();
  • 48. } catch (Exception e) { System.out.println(”Archivo Hilos: Salida en grabación de parámetros: ” + e); } } public void setText2(String maxcompra){ try { textArea.append(”nNúmero máximo de bu¤ers leidos por vez: ” + maxcompra + ”.”); } catch (java.lang.Exception ex) { // Atrapa excepciones y las despliega. ex.printStackTrace (); } try { RandomAccessFile f1 = new RandomAccessFile (”Hilos.txt”, ”rw”); long longitud; longitud = f1.length(); f1.seek(longitud); f1.writeUTF(maxcompra); f1.close(); } catch (Exception e) { System.out.println(”Archivo Hilos: Salida en grabación de parámetros: ” + e); } } public void setText3(String limitereponer){ try { textArea.append(”nNúmero mínimo de bu¤ers ocupados antes de grabar más: ” + limitereponer + ”.”); } catch (java.lang.Exception ex) { // Atrapa excepciones y las despliega. ex.printStackTrace (); } try { RandomAccessFile f1 = new RandomAccessFile (”Hilos.txt”, ”rw”); long longitud; longitud = f1.length(); f1.seek(longitud); f1.writeUTF(limitereponer); f1.close(); } catch (Exception e) { System.out.println(”Archivo Hilos: Salida en grabación de parámetros: ” + e); } } public void setText4(String cantidadreponer){ try { textArea.append(”nNúmero de bu¤ers grabados por vez: ” + cantidadreponer + ”.”); } catch (java.lang.Exception ex) { // Atrapa excepciones y las despliega. ex.printStackTrace ();
  • 49. } try { RandomAccessFile f1 = new RandomAccessFile (”Hilos.txt”, ”rw”); long longitud; longitud = f1.length(); f1.seek(longitud); f1.writeUTF(cantidadreponer); f1.close(); } catch (Exception e) { System.out.println(”Archivo Hilos: Salida en grabación de parámetros: ” + e); } } public void setText5(String tiempoapertura){ try { String asterisc = ”n*************************************”; textArea.append(”nNúmero de milisegundos de la simulación: ” + tiempoapertura + ”.”); textArea.append(asterisc); textArea.append(”n ”); } catch (java.lang.Exception ex) { // Atrapa excepciones y las despliega. ex.printStackTrace (); } try { RandomAccessFile f1 = new RandomAccessFile (”Hilos.txt”, ”rw”); long longitud; longitud = f1.length(); f1.seek(longitud); f1.writeUTF(tiempoapertura); f1.close(); } catch (Exception e) { System.out.println(”Archivo Hilos: Salida en grabación de parámetros: ” + e); } } } class SimpleDialogCH extends Dialog implements ActionListener{ TextField tstock, tmaxcompra, tlimitereponer, tcantidadreponer, ttiempoapertura; VentanaDialogCH parent; Button b1; public String stock; public String MAXCOMPRA; public String LIMITEREPONER; public String CANTIDADREPONER; public String TIEMPOAPERTURA; public SimpleDialogCH(Frame fr,String titulo){ super(fr,titulo,true); parent=(VentanaDialogCH)fr; Panel p1=new Panel();
  • 50. Label etiqueta1=new Label(”Número inicial de buffers ocupados (0):”); p1.add(etiqueta1); tstock=new TextField(”0”,4); p1.add(tstock); add(”Center”,p1); Label etiqueta2=new Label(”Número máximo de buffers leidos por vez (30):”); p1.add(etiqueta2); tmaxcompra=new TextField(”30”,4); p1.add(tmaxcompra); add(”Center”,p1); Label etiqueta3=new Label(”Número mínimo de buffers ocupados antes de grabar más (40):”); p1.add(etiqueta3); tlimitereponer=new TextField(”40”,4); p1.add(tlimitereponer); add(”Center”,p1); Label etiqueta4=new Label(”Número de buffers grabados por vez (50):”); p1.add(etiqueta4); tcantidadreponer=new TextField(”50”,4); p1.add(tcantidadreponer); add(”Center”,p1); Label etiqueta5=new Label(”Número de milisegundos de la ejecución (2000):”); p1.add(etiqueta5); ttiempoapertura=new TextField(”2000”,4); p1.add(ttiempoapertura); add(”Center”,p1); Panel p2=new Panel(); p2.setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.RIGHT)); b1=new Button(”Cancelar”); b1.addActionListener(this); Button b2=new Button(”Aceptar”); b2.addActionListener(this); p2.add(b1); p2.add(b2); add(”South”,p2); setSize(500,200); } public void actionPerformed(ActionEvent evt){ String str=evt.getActionCommand(); if(str.equals(”Aceptar”)) parent.setText1(tstock.getText()); stock = tstock.getText(); parent.setText2(tmaxcompra.getText()); MAXCOMPRA = tmaxcompra.getText(); parent.setText3(tlimitereponer.getText()); LIMITEREPONER = tlimitereponer.getText(); parent.setText4(tcantidadreponer.getText()); CANTIDADREPONER = tcantidadreponer.getText(); parent.setText5(ttiempoapertura.getText()); TIEMPOAPERTURA = ttiempoapertura.getText(); setVisible(false); } }
  • 51. class VentanaDialogECH extends Frame implements ActionListener{ TextArea textArea; public VentanaDialogECH(){ textArea=new TextArea(5,40); textArea.setEditable(false); add(”Center”,textArea); String stock, maxcompra, limitereponer, cantidadreponer, tiempoapertura; stock = ””; maxcompra = ””; limitereponer = ””; cantidadreponer = ””; tiempoapertura = ””; addWindowListener(new WindowAdapter(){ public void windowClosing(WindowEvent e){ setVisible(false); }}); try { RandomAccessFile f1 = new RandomAccessFile (”Hilos.txt”, ”rw”); long longitud; longitud = 0; f1.seek(longitud); stock = f1.readUTF(); maxcompra = f1.readUTF(); limitereponer = f1.readUTF(); cantidadreponer = f1.readUTF(); tiempoapertura = f1.readUTF(); f1.close(); } catch (Exception e) { System.out.println(”Archivo Hilos: Salida luego de leer parámetros para actualizar datos: ” + e); } try { Almacen a = new Almacen(); Productor p1 = new Productor(a,1); Productor p2 = new Productor(a,2); Consumidor c1 = new Consumidor(a,1); Consumidor c2 = new Consumidor(a,2); Consumidor c3 = new Consumidor(a,3); a.stock = Integer.parseInt(stock); a.MAXCOMPRA = Integer.parseInt(maxcompra); a.LIMITEREPONER = Integer.parseInt(limitereponer); a.CANTIDADREPONER = Integer.parseInt(cantidadreponer); a.TIEMPOAPERTURA = Integer.parseInt(tiempoapertura); p1.start(); p2.start(); c1.start(); c2.start(); c3.start(); } catch (java.lang.Exception ex) {
  • 52. // Atrapa excepciones y las despliega. ex.printStackTrace (); } try { RandomAccessFile f1 = new RandomAccessFile (”Hilos.txt”, ”rw”); long longitud; String c, d, asterisc; longitud = 0; f1.seek(longitud); asterisc = ”n*************************************”; d = ”n ”; textArea.setFont(new Font(”Times”, 1, 11)); textArea.setForeground(Color.red); textArea.append(asterisc); textArea.append(”nInicio de la ejecución concurrente con hilos.”); textArea.append(”nLos datos de configuración son los siguientes: ”); c = f1.readUTF(); textArea.append(”nNúmero inicial de bu¤ers ocupados: ” + c + ”.”); c = f1.readUTF(); textArea.append(”nNúmero máximo de bu¤ers leidos por vez: ” + c + ”.”); c = f1.readUTF(); textArea.append(”nNúmero mínimo de bu¤ers ocupados antes de grabar más: ” + c + ”.”); c = f1.readUTF(); textArea.append(”nNúmero de bu¤ers grabados por vez: ” + c + ”.”); c = f1.readUTF(); textArea.append(”nNúmero de milisegundos de la ejecución: ” + c + ”.”); textArea.append(asterisc); textArea.append(d); f1.close(); } catch (Exception e) { System.out.println(”Archivo Hilos: Salida luego de leer parámetros para desplegarlos: ” + e); } } public void actionPerformed(ActionEvent evt){ String str=evt.getActionCommand(); } } class VentanaDialogLCH extends Frame implements ActionListener{ TextArea textArea; public VentanaDialogLCH(){ textArea=new TextArea(5,40); textArea.setEditable(false); add(”Center”,textArea); addWindowListener(new WindowAdapter(){ public void windowClosing(WindowEvent e){ setVisible(false); }});
  • 53. try { RandomAccessFile f1 = new RandomAccessFile (”Hilos.txt”, ”rw”); long longitud; String c, d, asterisc; longitud = 0; f1.seek(longitud); asterisc = ”n*************************************”; d = ”n ”; textArea.setFont(new Font(”Times”, 1, 11)); textArea.setForeground(Color.red); textArea.append(asterisc); textArea.append(”nInicio de la ejecución concurrente con hilos.”); textArea.append(”nLos datos de configuración son los siguientes: ”); c = f1.readUTF(); textArea.append(”nNúmero inicial de buffers ocupados: ” + c + ”.”); c = f1.readUTF(); textArea.append(”nNúmero máximo de buffers leidos por vez: ” + c + ”.”); c = f1.readUTF(); textArea.append(”nNúmero mínimo de buffers ocupados antes de grabar más: ” + c + ”.”); c = f1.readUTF(); textArea.append(”nNúmero de buffers grabados por vez: ” + c + ”.”); c = f1.readUTF(); textArea.append(”nNúmero de milisegundos de la ejecución: ” + c + ”.”); textArea.append(asterisc); textArea.append(d); while ((c = f1.readUTF()) != null) { textArea.append(c); textArea.append(d); } f1.close(); } catch (Exception e) { System.out.println(”Archivo Hilos: Salida luego de leer parámetros para desplegarlos: ” + e); } } public void actionPerformed(ActionEvent evt){ String str=evt.getActionCommand(); } } class VentanaDialogA extends Frame implements ActionListener{ TextArea textArea; public VentanaDialogA(){ textArea=new TextArea(5,40); textArea.setEditable(false); add(”Center”,textArea); addWindowListener(new WindowAdapter(){ public void windowClosing(WindowEvent e){ setVisible(false); }});
  • 54. try { String asterisc = ”n *************************************************”; textArea.setFont(new Font(”Times”, 1, 11)); textArea.setForeground(Color.blue); textArea.append(”n ”); textArea.append(asterisc); textArea.append(”n ”); textArea.append(”n Ayuda para la ejecución concurrente e hilos con JAVA.”); textArea.append(”n ******************************************************”); textArea.append(”n ”); textArea.append(”n El ejemplo contempla el problema de productores / consumidores:”); textArea.append(”n * Los hilos productores graban (y ocupan) buffers en un pool”); textArea.append(”n de buffers disponibles.”); textArea.append(”n * Los hilos consumidores leen (y liberan) buffers del pool”); textArea.append(”n de buffers disponibles.”); textArea.append(”n ”); textArea.append(”n Las opciones previstas contemplan lo siguiente:”); textArea.append(”n * Carga de datos de configuración de la ejecución.”); textArea.append(”n * Ejecución propiamente dicha.”); textArea.append(”n * Listado de los resultados por pantalla.”); textArea.append(”n ”); textArea.append(”n Los datos se cargan interactivamente por pantalla, ”); textArea.append(”n donde se sugieren valores de referencia.”); textArea.append(”n ”); textArea.append(”n Los resultados se graban en el archivo Hilos.txt,”); textArea.append(”n como registros de longitud variable.”); textArea.append(”n ”); textArea.append(”n ”); textArea.append(asterisc); textArea.append(”n ”); } catch (java.lang.Exception ex) { // Atrapa otro tipo de excepciones y las despliega. ex.printStackTrace (); } } public void actionPerformed(ActionEvent evt){ String str=evt.getActionCommand(); } } class VentanaDialogAS extends Frame implements ActionListener{ TextArea textArea; public VentanaDialogAS(){ textArea=new TextArea(5,40); textArea.setEditable(false); add(”Center”,textArea); addWindowListener(new WindowAdapter(){ public void windowClosing(WindowEvent e){ setVisible(false); }});
  • 55. try { String asterisc = ”n *************************************************”; textArea.setFont(new Font(”Times”, 1, 11)); textArea.setForeground(Color.black); textArea.append(”n ”); textArea.append(asterisc); textArea.append(”n ”); textArea.append(”n Acerca del sistema de concurrencia e hilos con JAVA.”); textArea.append(”n ****************************************************”); textArea.append(”n ”); textArea.append(”n Trabajo práctico de Sistemas Operativos.”); textArea.append(”n Licenciatura en Sistemas.”); textArea.append(”n Universidad Nacional del Nordeste (Argentina).”); textArea.append(”n ”); textArea.append(”n ”); textArea.append(asterisc); textArea.append(”n ”); } catch (java.lang.Exception ex) { // Atrapa otro tipo de excepciones y las despliega. ex.printStackTrace (); } } public void actionPerformed(ActionEvent evt){ String str=evt.getActionCommand(); } } class VImaCanvas extends Frame implements AdjustmentListener { Image imagen1; ImaCanvas imaani; Panel panel; public VImaCanvas(){ setLayout(new BorderLayout()); panel = new Panel(); // Agregado de la imagen animada. imagen1 = Toolkit.getDefaultToolkit().getImage(”Ani0076.gif”); imaani = new ImaCanvas(imagen1); panel.add(imaani); add(”Center”,imaani); } public void adjustmentValueChanged(AdjustmentEvent evt){ imaani.repaint(); } }
  • 56. class ImaCanvas extends Canvas{ Image img; int x,y; public ImaCanvas(Image imagen1){ img=imagen1; x=0; y=0; } public void paint(Graphics g){ g.drawImage(img,0,0,this); } } class Productor extends Thread { private Almacen almacen; private int numero; public Productor(Almacen a, int numero) { almacen = a; this.numero = numero; } public void run() { while(!almacen.cerrado){ if(System.currentTimeMillis() -almacen.hora>almacen.TIEMPOAPERTURA){ almacen.cerrado=true; try { RandomAccessFile f1 = new RandomAccessFile (”Hilos.txt”, ”rw”); long longitud; String c; c = ”Fin de la ejecución.”; longitud = f1.length(); f1.seek(longitud); f1.writeUTF(c); f1.close(); } catch (Exception e) { System.out.println(”Archivo Hilos: Salida luego de grabar Fin de la ejecución: ” + e); } } almacen.reponer(numero); try { sleep((int)(Math.random() * 100)); } catch (InterruptedException e) { } } } } class Consumidor extends Thread { private Almacen almacen; private int numero;
  • 57. public Consumidor(Almacen a, int numero) { almacen = a; this.numero = numero; } public void run() { int value; while(!almacen.cerrado){ value=(int)(Math.random()*almacen.MAXCOMPRA); almacen.comprar(numero,value); } } } class Almacen { public int stock=0; private boolean necesitareponer; public boolean cerrado=false; public int MAXCOMPRA=0; public int LIMITEREPONER=0; public int CANTIDADREPONER=0; public long TIEMPOAPERTURA=0; long hora=System.currentTimeMillis(); public synchronized void comprar(int consumidor, int cantidad) { while (necesitareponer == true) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } if(!cerrado){ if(stock<cantidad){ cantidad=stock; } stock-=cantidad; try { RandomAccessFile f1 = new RandomAccessFile (”Hilos.txt”, ”rw”); long longitud; String c; c = ”Quedan ” + stock + ” unidades. El Consumidor ” + consumidor + ” ha leido ” +cantidad+” unidades.”; longitud = f1.length(); f1.seek(longitud); f1.writeUTF(c); f1.close(); } catch (Exception e) { System.out.println(”Archivo Hilos: Salida luego de grabar Hilo Consumidor: ” + e); } if(stock<=LIMITEREPONER) necesitareponer = true; } notify(); } public synchronized void reponer(int productor) {
  • 58. if (!cerrado){ while (necesitareponer == false) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) {} } stock+=CANTIDADREPONER; try { RandomAccessFile f1 = new RandomAccessFile (”Hilos.txt”, ”rw”); long longitud; String c; c = ”Quedan ” + stock + ” unidades. El Productor ” + productor + ” ha grabado ” + CANTIDADREPONER + ” unidades.”; longitud = f1.length(); f1.seek(longitud); f1.writeUTF(c); f1.close(); } catch (Exception e) { System.out.println(”Archivo Hilos: Salida luego de grabar Hilo Productor: ” + e); } necesitareponer = false; } notify(); } } Taller 1. Correr todos los ejemplos citados para comprobar la estructura de un hilo y explicar los procesos que se ejecutan. 2. Con base en sus conocimientos en programación, desarrolle un programa que aplique el concepto de threads, y relaciónelo con lo visto hasta ahora en clase. Este programa debe estar debidamente documentado y manejar por lo menos cuatro hilos. Este programa lo puede desarrollar en el lenguaje que maneje, en la que por cada hilo debe estar explicado debidamente en el trabajo y tutorial.