1 5. UNIDADES DE PROGRAMAS. 2 Unidades de programas Estudiar mecanismos de control de secuencia:...

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5. UNIDADES DE PROGRAMAS

2

Unidades de programas

Estudiar mecanismos de control de secuencia:

Invocaciones

Retornos

Entre:PP SPa)

I

R

SP1 SP2b)I

R

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Unidades subordinadas Considera un estructura jerárquica entre las

unidades (árbol).

Un PP, durante la ejecución, puede llamar a varios SP.

Estos SP pueden, a su vez, llamar a otros SP, y así sucesivamente.

Al término de la ejecución de un SP, debe retornar el control al PP o SP que lo invocó.

Se pueden desarrollar en forma independiente del PP u otro SP y cumplen un objetivo bien definido.

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Unidades subordinadas La ejecución del programa invocador se detiene

temporalmente, mientras se ejecuta un SP.

El punto inmediatamente siguiente a la llamada al subprograma.

Al terminar la ejecución de un SP, continúa la ejecución del programa invocador en :

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Subprogramas

La definición del SP corresponde al código que es traducido por un compilador o intérprete

S P

La activación del SP corresponde al uso o invocación del SP durante la ejecución.

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Activación

SEGMENTO DE CÓDIGO Invariante

Código ejecutable Almacenado en parte fija

de la RAM En la ejecución, se usa

pero NO se modifica. Cada activación del SP

utiliza el mismo segmento de código.

Contenido variable.

Contiene información necesaria para ejecutar el SP

Parámetros formales

Variables locales

Dirección de retorno.

*Valor de retorno.

ACTIVACIÓN

REGISTRO DE ACTIVACIÓN

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Variables locales

Corresponde a los datos declarados al interior de un subprograma

Pertenecen al registro de activación de la rutina en la que fueron declarados

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Variables globales

Corresponde a los datos declarados en OTRA rutina

Pueden ser referenciadas por el SP

Pertenecen al registro de activación de otra rutina que está activa durante toda la ejecución del SP.

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Entorno de referencia

Objetos a los que una unidad puede acceder

Para una activación de una unidad S:

entorno de referencia

Entorno Local

Entorno Global

ODD contenidos en el RA de S

ODD contenidos en OTROS RA de unidades activas

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Ejemplo

PPVar x,y: Integer;

Rutina UnoVar a,b: Real;

Rutina DosVar z,a: Integer;

End;

End;Rutina TresVar c,d: Char;

End;End.

x:y:

Uno

Tres

a:b: Dos

z:a:

c:d:

PP

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Entornos de referencia

x:y:

Uno

Tres

a:b: Dos

z:a:

c:d:

PP1. PP: x,y

2. Uno: EG x,y EL a,b

4. Tres: EG x,y EL c,d

3. Dos: EG x,y,b EL z,a

No se tendrá acceso a la vble a de Uno

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Motivación

¿Cómo resuelven los LP semánticamente la problemática entre:

activación y código-RA

Estructuras tipo FORTRAN

Estructuras tipo Algol

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Explicación: La regla de la copia

A lo más UNA activación de cualquier SP está en uso en cuaquier momento de la ejecución del PP

Al compilar, en forma estática, se le asigna a la unidad de programa:

El segmento de código

El registro de activación (RA)

El RA forma parte del Segmento de código (en el bloque)

El RA permanece ligado al SP durante TODA la ejecución del programa, aunque la unidad NO esté activa

PP

R1

Datos

R2

R3

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El mismo RA se utiliza repetidamente en cada invocación

El ámbito de una variable se reduce a la unidad en la que fue declarada.

Las unidades pueden tener acceso a variables globales, utilizando la sentencia COMMON. Estas variables son tratadas como si pertenecieran a un RA global para todas las unidades.

PP

R1

Datos

R2

R3

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Características

Este método resuelve en forma simple el problema de la relación: Registro de Activación-Unidad

Permite una ejecución eficiente

Consume mucha memoria

No permite recursividad

El tamaño de registro de activación se determina en tiempo de compilación.

PP

R1

Datos

R2

R3

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Llamadas

Call A

PP

d0:

A

Call Bd2:

d1:

Goto d1

Goto d0

B

Call Cd4:

Goto d3

d3: Goto d2

C

Goto d5

d5: Goto d4

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Recursividad Indirecta

Call A

PP

d0:

A

Call Bd2:

d1:

Goto d1

Goto d0

B

Call Cd4:

Goto d3

d3: Goto d2

Loop!!!

d6C

Goto d5

d5: Goto d4

Call Bd6:

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Estructuras tipo Algol

Datos declarados en una unidad no son accesibles por otras

Unidad contenida en otra.

La unidad más interna tiene acceso a los datos de las unidades que la contienen. (EG)

El código fuente puede tener

Unidades Disjuntas

C

Unidades Anidadas

Pascal

PP

X

Y

Z

Contexto de validez o ámbito de una vble: La unidad que la declara: U

Todas las unidades al interior de U, para las cuales la vble tiene caracter de global.

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Características

Las variables locales se crean implícitamente (en forma automática) al activarse la unidad.

La cantidad de almacenamiento requerido por las variables locales se determina en tiempo de compilación.

El tamaño del registro de activación se determina en tiempo de compilación, al igual que en FORTRAN

El Registro de Activación es asignado y ligado dinámicamente al respectivo código con cada nueva activación.

El RA se crea cada vez que un programa llama a la unidad

El RA es destruido cuando se retorna al programa invocado

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Características Cont...

El tratamiento de los RA es de tipo LIFO (last in-first out), por lo que la estructura de soporte es el stack, lo que favorece la implementación de algoritmos recursivos.

Sintácticamente, las llamadas ordinarias y las recursivas, son iguales

La llamada recursiva crea una segunda activación del SP durante la existencia de la primera.

Si la segunda activación realiza otra llamada recursiva, se crea una tercera activación para el SP, y así sucesivamente...

Pueden existir varias activaciones para el mismo SP

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Llamadas

Call A

PP

d0:

A

Call Bd2:

d1:B

Call Cd4:

d3:C

d5:

d0

d2

d4

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Llamadas Recursivas

Call A

PP

d0:

A

Call Bd2:

d1:B

Call Cd4:

d3:

d0

d2

d4

Call B

Cd5:

d6:

d6

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Cadena dinámica

d0

d2

d4

d6

Cadena de punteros que enlazan las activaciones del SP, en el orden de su creación dinámica durante la ejecución del programa

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Áreas de Memoria

Área de datos

estática

Área de datos automáticos

Área de datos Dinámicos

HeapStack

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Stack de RA estático

d0

d2

d4

d6

Almacenamiento contiguo.

El tamaño de los RA es variable, pero conocido.

Los RA se almacenan en el área de datos automáticos.

RA PP RA A RA B RA C

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Stack de RA dinámico

d0

d2

d4

d6

Almacenamiento en área heap. (datos dinámicos)

d0 d2 d4 d6

Se debe tener en cuenta el "enlace dinámico" que se agrega a todos los RA.

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Invocaciones explícitas

Comunicación entre unidades de programa

Los parámetros permiten la variabilidad de los elementos transferidos en diferentes llamadas.

Los parámetros formales constituyen parte del registro de activación.

mediante

parámetros.

Actuales (argumentos)Formales

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Modalidades

Relación entre parámetros actuales y formales:

Correspondencia posicional

Los argumentos se corresponden uno a uno con los parámetros de la declaración de la rutina. La más utilizada por los LP

Correspondencia nominal

Se indica explícitamente en la invocación la correspondencia entre parámetros actuales y formales.

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Ejemplos

Correspondencia posicional (Pascal, C)

Procedure Suma(a,b:Integer; x:Real)Definición:

Suma(r,t,s)Invocación:

procedure Inicializar(Limite: in integer; Tabla: in out Arreglo);

Definición:

Invocación:

Inicializar (Tabla is V, Limite is N);

Correspondencia nominal (Ada)

PA

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Invocaciones implícitas

Condición de excepción

Invocación implícita a una unidad

Excepción:

Condición que marca un suceso inusual o no esperado durante la ejecución del programa

realizar una acción especial

Las unidades que se activan cuando se detecta alguna irregularidad se denominan manejadores de excepciones

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Invocaciones implícitas

Permite excluir aquellos errores que podrían desviar la atención del objetivo principal del programa.

Los lenguajes tienen excepciones pre-definidas (entrada-salida, rangos de índice, almacenamiento dinámico, etc)

Algunos LP permiten declarar otras excepciones, específicas para el programa en construcción. Éstas deberán ser "invocadas" en forma explícita:

raise <nombre de la excepción>

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EjemploSe desea abrir un archivo para lectura en Pascal. La excepción se producirá si éste no ha sido creado, o bién, no está en el directorio indicado

Assign(ent,"c:\ejemplos\Tarea1"{$I-}Reset(ent);{$I+}x:=IOResult();if (x<>0)then

Writeln("Archivo NO existe");elseBegin

Reset(ent);While (Not Eof(ent)) doBegin

Read(ent,r);:

End

Permite atrapar el error

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Ejemplos

try-end exception....when exception On condition ....

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Unidades Simétricas (Corrutinas)

Unidades que se activanmutua,

alternada y

explícitamente.

No existe una relación jerárquica entre los SP

Ambos SP son equivalentes: Se traspasan el control uno a otro y ninguno controla al

otro.

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Cuando una corrutina (Y) recibe el control desde otra corrutina (X), ésta se ejecuta parcialmente, y se detiene al retornar el control a la corrutina invocadora (X), utilizando la sentencia resume.

Más tarde, si la corrutina (X) pasa nuevamente el control a la corrutina (Y), (resume) ésta comienza su ejecución desde el punto en que fue anteriormente detenida.

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corroutine X;begin ··· resume Y; ··· resume Y; ···end;

corroutine Y;begin ··· resume X; ··· resume X;end;

El código, :

Resume Y

Resume Y

Corrutina X

Resume x

Resume x

Corrutina y

Modula-2 - Algol68

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Resume

La sentencia "resume" tiene un comportamiento similar al de una sentencia "call" con la salvedad de que el punto de entrada a la corrutina es variable.

PF

D reinicio x

VL

D reinico y

RA:

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Resume

La ejecución de una sentencia "resume y" en X involucra dos acciones:

Almacenar en la dirección de reinicio la dirección de la sentencia inmediatamente posterior a resume Y.

Accesar la dirección de reinicio de Y para obtener la dirección en la cual debe continuar la ejecución.

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Procesos paralelos:

Unidades Concurrentes

Procesos que se pueden ejecutar en forma, conceptualmente, simultánea.

Procesos paralelos: Disjuntos

Procesos que durante la ejecución, no acceden a recursos compartidos.

Procesos paralelos: Concurrentes

Durante ejecución, interactúan compitiendo por el acceso a recursos compartidos y cooperando para alcanzar un objetivo común.

Compartir!!!

Cada proceso tiene acceso a los mismos recursos pero sólo uno a la vez

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La ilusión de ejecución concurrente en monoprocesadores


Se ejecuta sólo una parte del código de cada proceso

Intercalando la ejecución de procesos independientes

se logra

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1. La sentencia and (evaluación completa)

Ejemplo

If (sentencia-1 and sentencia-2 and ... and sentencia-n)

Cada sentencia-i puede ser ejecutada en paralelo

La siguiente sentencia (a If) no podrá ser ejecutada mientras NO finalice la ejecución de las n sentencias-i

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Ejemplo

y puede finalizar con valor 2:

si se ejecuta primero (y:=x+x) y luego (x:=2)

x:=1;

if (x:=2) and (y:=x+x)...

print y;

Las sentencias (x:=2) y (y:=x+x) pueden ser ejecutadas en paralelo:


si se ejecuta primero (x:=2) y luego (y:=x+x)


si la asignación (x:=2) se realiza entre los dos accesos a x en (y:=x+x)

Siempre debiera dar el mismo valor

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Los procesos concurrentes


Mecanismos de sincronizaciónMedios utilizados para que un proceso pueda

informar a otro si completó o no parte de la ejecución de su código crítico.

una adecuada sincronización entre ellos.

requieren

Asegurar que ningún otro proceso entre a su región crítica si el proceso en ejecución, que usa los recursos compartidos, está en su región crítica

Parte del código en el que accede a

datos compartidos

Semáforos

Monitores

Randezvous

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Mecanismos de sincronización

Semáforos (Algol, Dijkstra)

Mecanismo de bajo nivel

Se define como un objeto de dato que toma valores enteros no negativos (contador)

Posee un valor inicial y dos operaciones atómicas P y V (Up, Down)

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Monitores (TAD)

Módulo separado que coordina procesos en ejecución.

TAD con operadores que consideran la exclusión mutua (Si un proceso está en su región crítica, ningún proceso puede entrar el la suya).

Contiene una cola de solicitudes de acceso.

Este mecanismo puede hacer esperar la ejecución de una rutina (delay) hasta que esté disponible el recurso y entonces "reavivar" el proceso. (continue).

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Randezvous (Ada)

Es un punto de reunión que incluye:

Sincronización Comunicación Ejecución

de un bloque de código de procesos concurrentes

Coordina las llamadas de procedimientos remotos:

Cliente

Servidor

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