SEMAFOROS

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 se emplean para permitir el acceso a diferentes partes de programas (llamados secciones críticas) donde se manipulan variables o recursos que deben ser accedidos de forma especial. Según el valor con que son inicializados se permiten a más o menos procesos utilizar el recurso de forma simultánea.

Un tipo simple de semáforo es el binario, que puede tomar solamente los valores 0 y 1. Se inicializan en 1 y son usados cuando sólo un proceso puede acceder a un recurso a la vez. Son esencialmente lo mismo que los mutex. Cuando el recurso está disponible, un proceso accede y decrementa el valor del semáforo con la operación P. El valor queda entonces en 0, lo que hace que si otro proceso intenta decrementarlo tenga que esperar. Cuando el proceso que decrementó el semáforo realiza una operación V, algún proceso que estaba esperando comienza a utilizar el recurso.

Para hacer que dos procesos se ejecuten en una secuencia predeterminada puede usarse un semáforo inicializado en 0. El proceso que debe ejecutar primero en la secuencia realiza la operación V sobre el semáforo antes del código que debe ser ejecutado después del otro proceso. Éste ejecuta la operación P. Si el segundo proceso en la secuencia es programado para ejecutar antes que el otro, al hacer P dormirá hasta que el primer proceso de la secuencia pase por su operación V. Este modo de uso se denomina señalación (signaling), y se usa para que un proceso o hilo de ejecución le haga saber a otro que algo ha sucedido.

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

 Tipos de semaforos

• Dependiendo de la función que cumple el semáforo, vamos a diferenciar los siguientes tipos:
  
• Semáforo de exclusión mutua, inicialmente su contador vale 1 y permite que haya un único proceso simultáneamente dentro de la sección crítica.
• Semáforo contador, permiten llevar la cuenta del número de unidades de recurso compartido disponible, que va desde 0 hasta N.
• Semáforo de espera, generalmente se emplea para forzar que un proceso pase a estado bloqueado hasta que se cumpla la condición que le permite ejecutarse. Por lo general, el contador vale 0 inicialmente, no obstante, podría tener un valor distinto de cero.

Paralelismo

El paralelismo se basa en la informática, es una función que realiza el procesador para ejecutar varias tareas al mismo tiempo. Es decir, puede realizar varios cálculos simultáneamente, basado en el principio de dividir los problemas grandes para obtener varios problemas pequeños, que son posteriormente solucionados en el paralelo.

Aplicaciones

El empleo de la computación paralela se convierte cada día en mas grandes y rápida, muchos problemas considerados anteriormente muy largos y costosos se han podido solucionar. El paralelismo se ha utilizado para muchas temáticas diferentes, desde bioinformática para hacer plegamientos de proteínas, hasta economía para hacer simulaciones en matemáticas financieras.

Aplicaciones comerciales. Las aplicaciones para sistemas en paralelo se están expandiendo al ganar impulso el mercado de aplicaciones comerciales estratégicas y entrar en sus fases iniciales el mercado de servidores video.

Proceso de rendimiento global. Tanto los usuarios técnicos como los comerciales están evaluando los sistemas en paralelo como motores de rendimiento global o throughput.

Escalamiento para gestión de capacidad. En el mercado comercial, los usuarios están explorando el paralelismo como una forma de ofrecer una gestión de la capacidad optimizada y de bajo riesgo.

- Impulso del software. Los vendedores de software están comenzando a mostrar un mayor interés en desarrollar aplicaciones paralelas como consecuencia de que cierto número de vendedores de hardware importantes están suministrando productos de proceso en paralelo o han anunciado estrategias para penetrar en este mercado. 
Tipos de paralelismo Informática

1.       Nivel bit

Se basa en el tamaño de la palabra que es capaz de manejar el procesador:

8 bits

16 bits

32 bits

64 bits .....

Mientras más grande el tamaño de la palabra menos instrucciones ejecuta el procesador para realizar una operación determinada.

2. Nivel instrucción

Mecanismos de la arquitectura son utilizados entonces para ejecutar este tipo de paralelismo:

• Pipelining
• Superscalar
• Ejecución desordenada
• Ejecución especulativa
• Renombramiento de registros
• Predicción de precedencia de memoria
• Predicción de ramificaciones del flujo

3. Nivel de Datos

Este tipo de paralelismo se enfoca en la distribución de los datos entre varios procesadores.

Se conoce también como paralelismo a nivel de lazos (loop-level paralelism).

4. Nivel tarea

•  En este caso un programa paralelo que ejecuta cálculos distintos sobre el mismo conjunto de datos o sobre datos diferentes.  

• El paralelismo funcional generalmente no escala con el tamaño del problema. 

•   El paralelismo o procesamiento paralelo ha sido empleado durante muchos años, sobre todo para la computación de alto rendimiento. Teniendo en cuenta las generaciones de procesadores y sus características.

Obtener distintos resultados a partir de un mismo conjunto de datos, por ejemplo:

• Para un matriz hallar
•  El determinante
•  La traspuesta
•  La inversa

  

Desventajas

·         Requieren de un gran número de ciclos de procesamiento o acceso a una gran cantidad de datos.

·         Encontrar un hardware y un software que permitan brindar estas utilidades comúnmente proporciona inconvenientes de costos, seguridad y disponibilidad.

Ventajas

Ø  Brinda a las empresas, instituciones y usuarios en general el beneficio de la velocidad

Ø  Ventajas competitiva, parvee una mejora de los tiempos para la producción de nuevos productos y servicios.

Ø  Colaboración y flexibilidad operacional

Clacificación de los sistemas paralelos  en los sistemas informáticos

SISD es un término que se refiere a una arquitectura en la que un sólo procesador, un uniprocesador, ejecuta un sólo flujo de instrucciones, para operar sobre datos almacenados en una única memoria.  

SIMD: es una técnica empleada para conseguir paralelismo a nivel de datos. 

MISD: es un tipo de arquitectura de computación paralela donde muchas unidades funcionales realizan diferentes operaciones en los mismos datos. Las arquitecturas segmentadas pertenecen a este tipo, aunque un purista podría decir que los datos son diferentes después de ser procesados por cada etapa en el pipeline.

MIMD: es una técnica empleada para lograr paralelismo . Las máquinas que usan MIMD tienen un número de procesadores que funcionan asíncronos e independientemente. En cualquier momento, cualquier procesador puede ejecutar diferentes instrucciones sobre distintos datos.

FLUJO DE CONTROL: Las instrucciones se van ejecutando según el orden en el que se encuentran en memoria.

FLUJO DE DATOS: el flujo de ejecución es conducido por los datos; una instrucción será ejecutada cuando los operandos estén disponibles.

REDUCCION: la ejecución se realiza por demanda, una instrucción será ejecutada cuando otra necesite sus resultados. Son una clase de las de flujo de datos.