UNIVERSIDADE ESTADUAL VALE DO ACARAÚ- UEVA. Assunto: Programação Concorrente.

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL VALE DO ACARAÚ- UEVA Assunto: Programação Concorrente. Alunos: Valdeclébio Farrapo Costa Paulo Roberto Gabriel Barbosa Curso: Ciência da Computação Disciplina: Linguagem de Programação I Prof: Hudson Costa Semestre: Sobral 25 de maio de 2011.

2 SUMÁRIO Introdução... Desenvolvimento... Conclusão... Referências...

3 INTRODUÇÃO Nesse trabalho vamos abordar o assunto Programação Concorrente em duas vertentes os Processos e as Threads com os seguintes tópicos: o que é?, como funciona?, quais os tipos existentes, os conceitos e as propriedades da programação concorrente. Com isso pretendemos repassar a importância da programação concorrente nos dias de hoje, a programação concorrente é um paradigma de programação para construção de programa de computador que fazem uso da execução concorrente ou simultânea de varias tarefas computacionais interativas. A interação e a comunicação correta entre diferentes tarefas, além da coordenação do acesso concorrente aos recursos computacionais são as principais questões discutidas durante o desenvolvimento de sistemas concorrentes. Os pioneiros na área de pesquisa incluem Edsger Dijkstra, Per Brinch Hansen e C.A.R Hoare. Atualmente as linguagens que utilizam a programação concorrente são JAVA e C#, já C e C++ oferecem suporte para a programação concorrente através da biblioteca thread.h.

4 DESENVOLIMENTO 1 - PROGRAMAÇÃO CONCORRENTE O mundo real funciona concorrentemente: várias atividades podem ser executadas em paralelo. Exemplo: uma pessoa pode estar respirando, e, falando, e escrevendo, e lendo, etc. estar Computadores também operam concorrentemente. Exemplo: um computador pode compilando um programa, e recebendo uma mensagem, e, imprimindo um arquivo, e, tocando música, etc. Programação concorrente é um paradigma de programação para a construção de programas de computador que fazem uso da execução concorrente (simultânea) de várias tarefas computacionais interativas, que podem ser implementadas como programas separados ou como um conjunto de threads criadas por um único programa. Essas tarefas podem ser executadas por um único processador, vários processadores em um único equipamento ou processadores distribuídos por uma rede. Programação concorrente é relacionada com programação paralela, mas foca mais na interação entre as tarefas. A interação e a comunicação correta entre as diferentes tarefas, além da coordenação do acesso concorrente aos recursos computacionais são as principais questões discutidas durante o

5 desenvolvimento de sistemas concorrentes. Pioneiros na área de pesquisa incluem Edsger Dijkstra, Per Brinch Hansen, e C.A.R. Hoare. Vantagens do paradigma incluem o aumento de desempenho, pois aumenta-se a quantidade de tarefas sendo executadas em determinado período de tempo, e a possibilidade de uma melhor modelagem de programas, pois determinados problemas computacionais são concorrentes por natureza Motivação Aproveitar hardware com múltiplos processadores Atender a vários usuários simultaneamente Melhorar o desempenho das aplicações Aumentar a disponibilidade para o usuário Objetos ativos e controle de atividades Programas paralelos 2 - Processos Um processo é um programa que está em algum estado de execução Tem espaço de endereçamento próprio, que é mapeado pelo S.O. para memória física Possui um fluxo de controle ou thread único Mantém um contador de programa (PC) que indica o endereço da próxima instrução A MMU (Memory Management Unit) traduz os endereços lógicos em endereços físicos, que normalmente não são contíguos (Memória Virtual)

6 2.1 - Estados de um processo Executando (Running): Utilizando a CPU CPU Executável ou Pronto (Runnable ou Ready): Esperando para ser escalonado para usar a Suspenso (Suspended): Recebeu um sinal para ser suspenso Bloqueado (Blocked): Esperando pela conclusão de algum serviço solicitado ao S.O. 3 - Interação e comunicação concorrente Em alguns sistemas computacionais concorrentes, a comunicação entre os componentes é escondida do programador, enquanto em outros a comunicação deve ser lidada explicitamente. A comunicação explícita pode ser dividida em duas classes: por memória compartilhada ou por troca de mensagens Comunicação por memória compartilhada Componentes concorrentes comunicam-se ao alterar o conteúdo de áreas de memória compartilhadas, o que geralmente requer o desenvolvimento de alguns métodos de trava como exclusão mútua,semáforo ou monitor para gerenciar a utilização de um determinado recurso entre as tarefas.

7 3.2 - Comunicação por troca de mensagens Componentes concorrentes comunicam-se ao trocar mensagens, cuja leitura pode ser feita assincronamente (também denominada como "enviar e rezar", apesar da prática padrão ser reenviar mensagens que não são sinalizadas como recebidas) ou pelo método rendezvous, no qual o emissor é bloqueado até que a mensagem seja recebida (comunicação síncrona).a comunicação por mensagens tende a ser mais simples que a comunicação por memória compartilhada, e é considerada uma forma mais robusta de programação concorrente. Uma ampla variedade de teorias matemáticas estão disponíveis para o entendimento e análise de sistemas de comunicação por envio de mensagem, incluindo o modelo de Ator. 4.THEADS. 4.1 O que é threads: Threads ou Linha de Execução é uma forma de um processo dividir a si mesmo em duas ou mais tarefas que podem ser executadas concorrentemente. Uma linha de execução permite que o usuário de um programa, por exemplo, utilize uma funcionalidade do ambiente enquanto outras linhas de execução realizam outros cálculos e operações. Usualmente as linhas de execução são divididas em duas categorias: linha de execução ao nível do usuário (em inglês: Kernel Level Thread (KLT)) e linha de execução de ao nível do núcleo (em inglês: User Level Thread (ULT)). O suporte a thread é fornecido pelo próprio sistema operacional, no caso da (KLT) ou implementada no caso da (ULT). Cada linha de execução tem o mesmo contexto de software e compartilham o mesmo espaço de memória (endereçado a um mesmo processo pai), porem o contexto de hardware é diferente. Os sistemas que suportam apenas uma única linha de execução é chamada de monothread e aqueles sistemas que suportam múltiplas linhas de execução são chamadas de multithread. 4.2 Como funciona a KLT? As KLT`s são escalonadas diretamente pelo sistema operacional, comumente são mais lentas que as threads ULT, pois a cada chamada elas necessitam consulta o sistema operacional, exigido assim a mudança total de contexto do processador, memória e diversos

8 outros níveis necessários para alternar o processo. Alguns exemplos de plataformas que suportam o Kernel: Windows 2000 e XP, Solaris, Linux, Tru64 Unix, Mac Os X. 4.3 Como funciona a ULT? As ULT`s são escalonadas pelo programador, tendo a grande vantagem de cada processo ter como usar um algoritmo de escalonamento que melhor se adapte a situação, o sistema operacional não tem a obrigação de fazer o escalonamento destas threads, em geral ele nem sabe que elas existem, estas threads são geralmente mais rápidas que as KLT`s, pois dispensam a chamada ao sistema operacional para escalonar, evitando assim uma mudança total do contexto do processador e da memória, deste modo o programador é responsável pode: criar, executar, escalonar, e destruir as threads. 4.4 Sincronização de threads: Para um dado ser manipulado corretamente, as linhas de execução freqüentemente precisarão ser sincronizadas, para que os dados sejam processados na ordem correta. As linhas de execução podem também executar operações atômicas (freqüentemente implementadas usando semáforos) com intuito de prevenir que dados comuns sejam simultaneamente modificados ou lidos enquanto o processo esta sendo modificado. Cada threads ganha uma prioridade ao ser criada que varia de 0 a 31 (0 é a menor e 31 a maior), processos com prioridades 0 a 15 (Real time ou em Tempo Real) tem prioridades ajustadas no tempo de execução como nos processos de Entrada/Saída que tem prioridade aumentadas variando o periférico, processos com prioridades 16 a 31 são executados até o fim e não tem a prioridade alterada, só recebem a prioridade 0 as threads que são responsáveis por zerar paginas livres no sistema. Existe ainda outra classe chamada idle, uma classe mais baixa ainda, só é executada quando não existe thread aptas para as tarefas, essas threads não interferem no desempenho. 4.5 Ciclo de Vida da Thread: Criação: neste estado, o processo pai está criando a thread que será levada a fila de prontos; Prontos: neste estado, a linha de execução avisa a CPU que pode entrar no estado de execução;

9 Execução: neste estado, a linha de execução esta sendo executada; Bloqueado: neste estado, por algum motivo, a CPU bloqueia linha de execução geralmente enquanto aguarda algum dispositivo de Entrada/Saída. Dormindo: neste estado a thread tem sua volta controlada pro um intervalo de tempo, após esse tempo ela retorna pro estado pronto; Término: neste estado, são desativados os contexto de hardware e a pilha é desalocada. 4.6 Vantagens de usar Threads: São muito mais leves de serem criadas; A troca de contexto é mais suave, pois compartilham instruções, heap e variáveis globais; Facilitam o compartilhamento de memória; Poder realiza varias tarefas simultaneamente; Conclusão Podemos ver no desenvolvimento do nosso trabalho a real importância da programação concorrente, assim como a comparação da mesma com a programação seqüencial, onde temos um ganho bastante expressivo de tempo e assim do melhor uso do hardware. Se bem que nem tudo são flores, a programação concorrente torna-se muito complexa para ser desenvolvida, necessitando de um grande habilidade do programador, tendo que ter muito cuidado no enlace dos códigos.

10 Referencias Bibliográficas Wikipédia R. Oliveira, A. Carissimi, S. Toscani; Sistemas Operacionais. Editora: Sagra-Luzzato 2001, Capitulo 3