1.- Suponga que va a diseñar una arquitectura de computadora avanzada que realizará la conmutación de procesos por hardware, en lugar de tener interrupciones. ¿Qué información necesitaría la CPU? Describa cómo podría funcionar la conmutación de procesos por hardware.
R= En un sistema de multiprogramación, la CPU también conmuta de un programa a otro, ejecutando cada uno durante decenas o centenas de milisegundos. Si bien, estrictamente hablando, en un instante dado la CPU está ejecutando sólo un programa, en el curso de un segundo puede trabajar con varios programas, dando a los usuarios la ilusión de paralelismo. A veces se usa el término seudoparalelismo para referirse a esta rápida conmutación de la CPU entre programas, para distinguirla del verdadero paralelismo de hardware de los sistemas multiprocesador (que tienen dos o más CPU que comparten la misma memoria física).
2.- En todas las computadoras actuales, al menos una parte de los manejadores de interrupciones se escribe en lenguaje ensamblador. ¿Por qué?
R= Aunque cada proceso es una entidad independiente, con su propio contador de programa y estado interno, los procesos a menudo necesitan interactuar con otros procesos. Un proceso podría generar ciertas salidas que otro proceso utiliza como entradas.
3.- En un sistema con hilos, ¿hay una pila por hilo o una pila por proceso? Explique.
R= El hardware de interrupciones mete el contador de programa, la palabra de estado del programa y quizá uno o más registros en la pila
4.- ¿Qué es una condición de competencia?
5.- Considere una computadora que no cuenta con la instrucción TEST AND SET LOCK pero sí tiene una instrucción que intercambia el contenido de un registro y una palabra de memoria en una sola acción indivisible. ¿Se puede usar esta instrucción para escribir una rutina enter_region como la de la Fig. 2-10?
R= Ya tenemos una solución al problema de la región crítica que es directa. Antes de entrar en su región crítica, un proceso invoca enter_region, la cual realiza espera activa hasta que el candado está libre; luego adquiere el candado y regresa. Después de la región crítica el proceso invoca leave_region, que almacena un O en lock. Al igual que todas las soluciones basadas en regiones críticas, el proceso debe invocar enter_region y leave_region en los momentos correctos para que el método funcione. Si un proceso hace trampa, la exclusión mutua fallará.
6.- Bosqueje la forma en que un sistema operativo que puede inhabilitar interrupciones podría
R=La operación UP incrementa el valor del semáforo direccionado. Si uno o más procesos están durmiendo en espera de ese semáforo, imposibilitados de completar una operación DOWN previa, el sistema escoge uno de ellos (p. ej., al azar) y le permite completar su DOWN. Así, después de un up con un semáforo que tiene procesos durmiendo esperando, el semáforo seguirá siendo O, pero habrá un proceso menos que se halle en fase de durmiendo esperando. La operación de incrementar el semáforo y despertar un proceso también es indivisible
7.- En la sección 2.2.4 se describió una situación con un proceso de alta prioridad, H, y uno de baja prioridad, L, que condujo a la repetición infinita de H. ¿Ocurre el mismo problema si se usa planificación round robin en vez de planificación por prioridad? Explique.
R= La solución está en la introducción de variables de condición, junto con dos operaciones que se realizan con ellas, WA y SIGNAL. Cuando un procedimiento de monitor descubre que no puede continuar (p. ej., si encuentra lleno el buffer), ejecuta WAlT (esperar) con alguna variable de condición, digamos full! (lleno). Esta acción hace que el proceso invocador se bloquee, y también permite la entrada de otro proceso al que antes se le había impedido entrar en el monitor.
8.- Suponga que tenemos un sistema de transferencia de mensajes que usa buzones. Al enviar mensajes a un buzón lleno o tratar de recibirlos de un buzón vacío, un proceso no se bloquea, sino que recibe de vuelta un código de error. El proceso responde al código de error intentándolo de nuevo, una y otra vez, hasta que tiene éxito. ¿Da este esquema lugar a condiciones de competencia?
R= Un método distinto consiste en inventar una nueva estructura de datos, llamada buzón.
9.- En la solución al problema de la cena de filósofos (Fig. 2-20), ¿por qué se asigna HUNGRY (hambriento) a la variable de estado en el procedimiento take_forks (tomar tenedores)?
R= Podríamos modificar el programa de modo que, después de tomar el tenedor izquierdo, el programa verifique si el tenedor derecho está disponible. Si no es así, el filósofo soltará su tenedor izquierdo, esperará cierto tiempo, y repetirá el proceso. Esta propuesta también fracasa, aunque por una razón distinta. Con un poco de mala suerte, todos los filósofos podrían iniciar el algoritmo simultáneamente, tomar su tenedor izquierdo, ver que su tenedor derecho no está disponible, dejar su tenedor izquierdo, esperar, tomar su tenedor izquierdo otra vez de manera simultánea, y así eternamente. Una situación así, en la que todos los programas continúan ejecutándose de manera indefinida pero no logran avanzar se denomina inanición (adopta este calificativo aun cuando el problema no ocurra en un restaurante italiano o chino).
10.- Considere el procedimiento put_forks (poner tenedores) de la Fig. 2-20. Suponga que se asigna el valor THINKING (pensando) a la variable de estado state después de las dos llamadas a test (probar), en lugar de antes. ¿Cómo afectaría este cambio la solución para el caso de tres filósofos? ¿Y para 100 filósofos?
R= Como acotación, vale la pena señalar que si bien los problemas de lectores y escritores y del peluquero dormido no implican transferencia de datos, pertenecen al área de IPC porque implican sincronización entre varios procesos.
11.- El problema de lectores y escritores se puede formular de varias formas en lo tocante a cuál categoría de procesos puede iniciarse y cuándo. Describa minuciosamente tres variaciones diferentes del problema, cada una de las cuales favorece (o no favorece) alguna categoría de procesos. Para cada variación, explique qué sucede cuando un lector o un escritor queda listo para acceder a la base de datos, y qué sucede cuando un proceso termina de usar la base de datos.
R= el primer lector que obtiene acceso a la base de datos ejecuta DOWN con el semáforo db. Los lectores subsecuentes se limitan a incrementar un contador, rc. Conforme los lectores salen, decrementan el contador, y el último en salir ejecuta UP con el semáforo para permitir que un escritor bloqueado, silo había, entre.
12.- Los planificadores round robin normalmente mantienen una lista de todos los procesos ejecutables, y cada proceso aparece una y sólo una vez en la lista. ¿Qué sucedería si un proceso ocurriera dos veces en la lista? ¿Puede usted pensar en alguna razón para permitir esto?
R= Antes de examinar algoritmos de planificación específicos, debemos pensar en qué está tratando de lograr el planificador. Después de todo, éste se ocupa de decidir una política, no de proveer un mecanismo. Se nos ocurren varios criterios para determinar en qué consiste un buen algoritmo de planificación.
13.- Cinco trabajos están esperando para ejecutarse. Sus tiempos de ejecución esperados son 9, 6, 3, 5 y X. ¿En qué orden deben ejecutarse sise desea minimizar el tiempo medio de respuesta? (Su respuesta dependerá de X.)
R= En un sistema de multiprogramación, la CPU también conmuta de un programa a otro, ejecutando cada uno durante decenas o centenas de milisegundos. Si bien, estrictamente hablando, en un instante dado la CPU está ejecutando sólo un programa, en el curso de un segundo puede trabajar con varios programas, dando a los usuarios la ilusión de paralelismo. A veces se usa el término seudoparalelismo para referirse a esta rápida conmutación de la CPU entre programas, para distinguirla del verdadero paralelismo de hardware de los sistemas multiprocesador (que tienen dos o más CPU que comparten la misma memoria física).
2.- En todas las computadoras actuales, al menos una parte de los manejadores de interrupciones se escribe en lenguaje ensamblador. ¿Por qué?
R= Aunque cada proceso es una entidad independiente, con su propio contador de programa y estado interno, los procesos a menudo necesitan interactuar con otros procesos. Un proceso podría generar ciertas salidas que otro proceso utiliza como entradas.
3.- En un sistema con hilos, ¿hay una pila por hilo o una pila por proceso? Explique.
R= El hardware de interrupciones mete el contador de programa, la palabra de estado del programa y quizá uno o más registros en la pila
4.- ¿Qué es una condición de competencia?
5.- Considere una computadora que no cuenta con la instrucción TEST AND SET LOCK pero sí tiene una instrucción que intercambia el contenido de un registro y una palabra de memoria en una sola acción indivisible. ¿Se puede usar esta instrucción para escribir una rutina enter_region como la de la Fig. 2-10?
R= Ya tenemos una solución al problema de la región crítica que es directa. Antes de entrar en su región crítica, un proceso invoca enter_region, la cual realiza espera activa hasta que el candado está libre; luego adquiere el candado y regresa. Después de la región crítica el proceso invoca leave_region, que almacena un O en lock. Al igual que todas las soluciones basadas en regiones críticas, el proceso debe invocar enter_region y leave_region en los momentos correctos para que el método funcione. Si un proceso hace trampa, la exclusión mutua fallará.
6.- Bosqueje la forma en que un sistema operativo que puede inhabilitar interrupciones podría
R=La operación UP incrementa el valor del semáforo direccionado. Si uno o más procesos están durmiendo en espera de ese semáforo, imposibilitados de completar una operación DOWN previa, el sistema escoge uno de ellos (p. ej., al azar) y le permite completar su DOWN. Así, después de un up con un semáforo que tiene procesos durmiendo esperando, el semáforo seguirá siendo O, pero habrá un proceso menos que se halle en fase de durmiendo esperando. La operación de incrementar el semáforo y despertar un proceso también es indivisible
7.- En la sección 2.2.4 se describió una situación con un proceso de alta prioridad, H, y uno de baja prioridad, L, que condujo a la repetición infinita de H. ¿Ocurre el mismo problema si se usa planificación round robin en vez de planificación por prioridad? Explique.
R= La solución está en la introducción de variables de condición, junto con dos operaciones que se realizan con ellas, WA y SIGNAL. Cuando un procedimiento de monitor descubre que no puede continuar (p. ej., si encuentra lleno el buffer), ejecuta WAlT (esperar) con alguna variable de condición, digamos full! (lleno). Esta acción hace que el proceso invocador se bloquee, y también permite la entrada de otro proceso al que antes se le había impedido entrar en el monitor.
8.- Suponga que tenemos un sistema de transferencia de mensajes que usa buzones. Al enviar mensajes a un buzón lleno o tratar de recibirlos de un buzón vacío, un proceso no se bloquea, sino que recibe de vuelta un código de error. El proceso responde al código de error intentándolo de nuevo, una y otra vez, hasta que tiene éxito. ¿Da este esquema lugar a condiciones de competencia?
R= Un método distinto consiste en inventar una nueva estructura de datos, llamada buzón.
9.- En la solución al problema de la cena de filósofos (Fig. 2-20), ¿por qué se asigna HUNGRY (hambriento) a la variable de estado en el procedimiento take_forks (tomar tenedores)?
R= Podríamos modificar el programa de modo que, después de tomar el tenedor izquierdo, el programa verifique si el tenedor derecho está disponible. Si no es así, el filósofo soltará su tenedor izquierdo, esperará cierto tiempo, y repetirá el proceso. Esta propuesta también fracasa, aunque por una razón distinta. Con un poco de mala suerte, todos los filósofos podrían iniciar el algoritmo simultáneamente, tomar su tenedor izquierdo, ver que su tenedor derecho no está disponible, dejar su tenedor izquierdo, esperar, tomar su tenedor izquierdo otra vez de manera simultánea, y así eternamente. Una situación así, en la que todos los programas continúan ejecutándose de manera indefinida pero no logran avanzar se denomina inanición (adopta este calificativo aun cuando el problema no ocurra en un restaurante italiano o chino).
10.- Considere el procedimiento put_forks (poner tenedores) de la Fig. 2-20. Suponga que se asigna el valor THINKING (pensando) a la variable de estado state después de las dos llamadas a test (probar), en lugar de antes. ¿Cómo afectaría este cambio la solución para el caso de tres filósofos? ¿Y para 100 filósofos?
R= Como acotación, vale la pena señalar que si bien los problemas de lectores y escritores y del peluquero dormido no implican transferencia de datos, pertenecen al área de IPC porque implican sincronización entre varios procesos.
11.- El problema de lectores y escritores se puede formular de varias formas en lo tocante a cuál categoría de procesos puede iniciarse y cuándo. Describa minuciosamente tres variaciones diferentes del problema, cada una de las cuales favorece (o no favorece) alguna categoría de procesos. Para cada variación, explique qué sucede cuando un lector o un escritor queda listo para acceder a la base de datos, y qué sucede cuando un proceso termina de usar la base de datos.
R= el primer lector que obtiene acceso a la base de datos ejecuta DOWN con el semáforo db. Los lectores subsecuentes se limitan a incrementar un contador, rc. Conforme los lectores salen, decrementan el contador, y el último en salir ejecuta UP con el semáforo para permitir que un escritor bloqueado, silo había, entre.
12.- Los planificadores round robin normalmente mantienen una lista de todos los procesos ejecutables, y cada proceso aparece una y sólo una vez en la lista. ¿Qué sucedería si un proceso ocurriera dos veces en la lista? ¿Puede usted pensar en alguna razón para permitir esto?
R= Antes de examinar algoritmos de planificación específicos, debemos pensar en qué está tratando de lograr el planificador. Después de todo, éste se ocupa de decidir una política, no de proveer un mecanismo. Se nos ocurren varios criterios para determinar en qué consiste un buen algoritmo de planificación.
13.- Cinco trabajos están esperando para ejecutarse. Sus tiempos de ejecución esperados son 9, 6, 3, 5 y X. ¿En qué orden deben ejecutarse sise desea minimizar el tiempo medio de respuesta? (Su respuesta dependerá de X.)
14.- Cinco trabajos por lotes, A a E, llegan a un centro de cómputo casi al mismo tiempo, y tienen tiempos de ejecución estimados de 10, 6, 2, 4 y 8 minutos. Sus prioridades (determinadas externamente) son 3, 5, 2, 1 y 4, respectivamente, siendo 5 la prioridad más alta. Para cada uno de los siguientes algoritmos de planificación, determine el tiempo de retorno medio de los procesos. Ignore el gasto extra por conmutación de procesos.
Para (a), suponga que el sistema está multiprogramado, y que cada trabajo recibe una parte equitativa del tiempo de CPU. Para (b) a (d), suponga que sólo se ejecuta un trabajo a la vez, hasta terminar. Todos los trabajos están limitados únicamente por CPU.
15.- Explique por qué se usa comúnmente la planificación de dos niveles.
Para (a), suponga que el sistema está multiprogramado, y que cada trabajo recibe una parte equitativa del tiempo de CPU. Para (b) a (d), suponga que sólo se ejecuta un trabajo a la vez, hasta terminar. Todos los trabajos están limitados únicamente por CPU.
15.- Explique por qué se usa comúnmente la planificación de dos niveles.
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