UniversidaddeCádiz

En este grupo de actividad formativa se realizarán las siguientes actividades:

SEMINARIO 1: Concurrencia con el Lenguaje C++26.

SEMINARIO 2: Memoria Transaccional Software sobre la JVM: Clojure.

SEMINARIO 3: Concurrencia y Paralelismo con el Lenguaje Julia

SEMINARIOS DE PROBLEMAS: (8 horas): ejercicios de resolución de problemas de exclusión mutua y sincronización con primitivas de control de la concurrencia a nivel teórico.

TEMA 6: MODELOS TEÓRICOS DE CONTROL DE LA CONCURRENCIA CON PASO DE MENSAJES. MPJ-Express PARA Java
¿Y si las tareas no quieren o no pueden compartir memoria? Usando canales para comunicar a las tareas, y estructurando las tareas en torno a la comunicación mediante canales. Mensajes entre tareas. Paso de mensajes síncrono. Paso de mensajes asíncrono. Elementos básicos de la interfaz MPI. Una implementación de MPI para Java: MPJ-Express. Funciones Básicas. Tipos de Datos. Comunicadores. Comunicación punto a punto. El objeto Status y cómo utilizarlo en la práctica. Operaciones Bloqueantes. Operaciones Síncronas. Operaciones de comunicación colectiva. Operaciones Asíncronas.

TEMA 1: PRINCIPIOS ELEMENTALES DE LA CONCURRENCIA
La era de los procesadores multi-core y many-core. Concurrencia versus paralelismo. Rendimiento. Speedup. Recursos compartidos entre tareas diferentes y su problemática: entrelazado de instrucciones, condiciones de concurso, secciones críticas y exclusión mutua. Sincronización. Corrección en Sistemas Concurrentes. Lenguajes concurrentes. Creación de entidades Concurrentes. La Taxonomía de Flynn. Multiprocesamiento Simétrico. Hardware de soporte a los modelos LLM-IAG: unidades de procesamiento gráfico (GPU) y unidades de procesamiento tensorial (TPU). Conceptos Elementales de Tiempo Real. Procesadores Híbridos y Hebras Virtuales.  

SEMINARIOS:

SEMINARIOS DE PROBLEMAS (8 horas)
SEMINARIO 1: Concurrencia con el Lenguaje C++26 (1.5 horas).
SEMINARIO 2: Memoria Transaccional Software sobre la JVM: Clojure (1 hora).
SEMINARIO 3: Concurrencia y Paralelismo con el Lenguaje Julia. (1.5 horas). 

PROGRAMA DE PRÁCTICAS:

Las prácticas se desarrollarán mediante varias asignaciones a realizar durante el semestre de docencia, y formarán al alumno en las técnicas de creación y control de hebras concurrentes/paralelas, técnicas para compartir memoria entre hebras, técnicas elementales de paralelismo de datos, medición de tiempos de ejecución y speedup, técnicas de control de exclusión mutua y sincronización, implementación de monitores, técnicas de programación distribuida básica, y técnicas de paso de mensajes.

Dado que se trata de prácticas de concurrencia y paralelismo, en las que los tiempos de ejecución, el speedup y el comportamiento observado pueden verse afectados por diferencias de arquitectura, número de núcleos, sistema operativo, carga del sistema u otras características del equipo utilizado, las prácticas están diseñadas para ser desarrolladas y evaluadas en el hardware uniforme disponible en el laboratorio docente. Las prácticas deberán realizarse necesariamente en dicho entorno homogéneo de laboratorio. No está contemplada ni se considerará válida su realización en ordenadores personales, dado que las diferencias de arquitectura, número de núcleos, sistema operativo, carga del sistema y configuración impiden garantizar resultados reproducibles y comparables entre soluciones.

En las clases de prácticas se proporcionará, mediante diapositivas o pizarra, el soporte conceptual y técnico necesario para que el alumno afronte la asignación con garantías. Igualmente, se pondrá a disposición de los alumnos, en aquellas asignaciones donde sea necesario, una carpeta en el Campus Virtual con ejemplos de código, lecturas u otros materiales que den soporte al desarrollo de la asignación.

TEMA 2: CREACIÓN Y CONTROL DE THREADS EN JAVA
Creación de threads mediante herencia de la clase Thread, implementación de la interfaz Runnable, implementación de la interfaz Callable y uso de lambda-expresiones. Modelo básico de expresión de la concurrencia en Java: métodos start()-join(). Gestión del ciclo de vida de un hilo: métodos sleep() y yield(). Gestión de ciclo con métodos derogados de control, y por qué están derogados. API de control de prioridad; los métodos getPriority() y setPriority(p). Mapping prioridades JVM a Windows y Linux. Por qué no es posible planificar con prioridades. Delegando el ciclo de vida de los threads: ejecutores y pool de threads. Ejecutores predefinidos: SingleThreadPool, FixedThreadPool y CachedThreadPool. Ejecutores altamente configurables por el programador: la clase ThreadPoolExecutor. Cómo dimensionar un pool de threads según el número de núcleos de la máquina y la tipología del problema que se tiene que resolver. Pools de threads y mejora del rendimiento en problemas de cálculo masivo y con latencia de entrada/salida grande: la ecuación de Subramanian, el coeficiente de bloqueo y cómo emplear ambos en la práctica. Cuándo y dónde utilizar un pool de threads: servidores, interfaces de usuario, etc. Ejecución asíncrona a Futuro: las interfaces Callable y Future, y cómo utilizarlas de forma adecuada. Concurrencia con el proyecto Loom: hebras virtuales, concurrencia estructurada y variables de ámbito.

TEMA 3: MODELOS TEÓRICOS DE CONTROL DE LA CONCURRENCIA CON MEMORIA COMPARTIDA 
Algoritmos de control de exclusión mutua con variables comunes, y por qué están obsoletos. Cerrojos. Semáforos: definición y protocolos de control de la exclusión mutua y sincronización. Sincronización compleja con semáforos: protocolo de productor-consumidor, Regiones Críticas; protocolo de exclusión mutua. Regiones Críticas Condicionales: arquitectura y funcionamiento. Monitores: concepto, variables de condición, políticas de señalización. El requerimiento de reasunción inmediata (RRA). Monitores Hoare vs. monitores Mesa. Disponibilidad de primitivas equivalentes en Java: bloques y métodos synchonized, clase ReentrantLock, clase Semaphore; monitores utilizando cerrojos ReentrantLock y Condition. Disponibilidad de primitivas equivalentes en C++26: las clases semaphore, mutex y condition_variable. 

TEMA 4: CONTROL DE LA CONCURRENCIA EN JAVA CON API ESTÁNDAR
Bloques de código y métodos synchronized. Protocolos de control de la exclusión mutua entre hebras utilizando unos y otros. Reentrancia. Interbloqueos, y lo fácilmente que se provocan si no presta atención. Sincronización entre hebras: los métodos de la clase Object wait(), notify() y notifyAll(). El wait-set: necesidad y funcionamiento intrínseco. Limitaciones del modelo de sincronización y necesidad del uso de condiciones de guarda. El efecto Thundering Herd en monitores programados con este API. Protocolo de diseño de monitores en Java utilizando el API estándar, métodos sincronizados y condiciones de guarda.