Programa Docente de 21714020 - PROGRAMACIÓN CONCURRENTE Y DE TIEMPO REAL

Asignatura:

Titulación:

Centro:

Dep./Área:

Compartidas:

Tipo estudio:

Ofertada:

Vigencia:

Créd. teoría:

Créd. práctica:

Créd. ECTS:

Tipo Asignatura:

Módulo:

Materia:

Curso:

Matric. 2024-25:

Matric. 2025-26:

Duración:

Idioma:

Mostrar asignatura

Requisitos Previos

El alumno debe tener cursadas y aprobadas las asignaturas siguientes:

-Introducción a la Programación .
-Metodología de la Programación.
-Sistemas Operativos.
-Análisis de Algoritmos y Estructuras de Datos.
-Programación Orientada a Objetos. 

Se deja constancia explícita de que sin las habilidades mínimas de programación y el conjunto de conceptos de base que todas ellas proporcionan una vez superadas, no es factible enfrentarse con garantías al estudio de la concurrencia moderna.

Recomendaciones

a) Se recomienda al alumno dedicarse al estudio con seriedad, rigor, continuidad e interés.

b) Más vale un mal libro que muchos buenos apuntes: por tanto, para cada tema concreto del curso se le propondrán como material de revisión/trabajo/estudio un mínimo de dos y un máximo de cuatro capítulos de referencias concretas (en  inglés, claro está). Ocasionalmente se le proporcionarán unos apuntes (en castellano), que como mucho debería usar como material de apoyo, pero nunca como texto base. Se deja constancia clara y explícita de que un correcto estudio y preparación de la asignatura requerirá la lectura íntegra del material propuesto, y que en modo alguno limitar la preparación al estudio aislado de los apuntes/diapositivas garantiza superar la misma, y mucho menos garantiza la adquisición de los conocimientos deseados.

c) La copia de apuntes en clase ES UNA PÉRDIDA DE TIEMPO: por tanto, los profesores harán lo posible para que no tenga que copiar apuntes en clase, proporcionándole en la página de la asignatura con carácter previo a su explicación todo el material necesario para la preparación de la misma. En consecuencia, si copia apuntes, es porque es usted un copiador compulsivo; pero sepa que distraen su atención y suelen ser fuente de errores en el estudio.

d) El alumno debe saber que una clase comienza antes de ser explicada y continua tras ser explicada: o lo que es lo mismo, llegar a clase a ver qué se  cuenta hoy es un error. La mecánica de trabajo que se recomienda a lo largo del curso para preparar una clase debe seguir las siguientes fases:  PRIMERA: Lectura y revisión previa de los materiales indicados en el cronograma del curso para esa clase en concreto.  Semanalmente se establecerá  el conjunto de tópicos a impartir del temario oficial, el material de lectura para esa clase en concreto, los problemas recomendados para ejercitar los contenidos teóricos explicados, y en ocasiones alguna tarea adicional de interés.  SEGUNDA:. Asistencia a clase. Dado que no necesita tomar apuntes, preste atención a los desarrollos y explicaciones del profesor, y relaciónelos con lo previamente leído por usted. Tome notas de la dudas o discrepancias que le surjan, para su posterior discusión en la propia clase o en una tutoría individualizada. El alumno debe saber además que se encuentra matriculado en una universidad pública presencial, y que la asistencia a clase forma parte de sus obligaciones como discente. TERCERA: Tras la clase, repase los contenidos de la misma, entiéndalos y aclare con el profesor los conceptos que no estén claros. Póngalos en práctica con los problemas de la relación que corresponda, y conéctelos con los contenidos a desarrollar en la próxima clase. Es decir, vuelva al primer apartado.

e) Una asignatura NO se prepara en una semana. NO deje la preparación de los trabajos a entregar ni la del examen final para el último momento. Probablemente será inútil. Utilice el cronograma de la asignatura para planificar su esfuerzo, o pida ayuda a su profesor para planificar el tiempo y su preparación de cara al examen final con antelación. Si no lo hace, el único perjudicado será usted.

f) Saber una asignatura NO es saber unos apuntes/diapositivas. Nunca lo ha sido. Unos apuntes son, probablemente y en el mejor de los casos, un resumen de lo explicado por el profesor en clase, lo cual a su vez será un resumen de lo revisado por el profesor en la bibliografía específica. Por tanto, olvide aquello de "me sé los apuntes pero me han suspendido", o "esto no estaba en los apuntes, sino en tal libro" o "este problema o ejercicio no se parece a  ninguno que hayamos hecho en clase". Si usted  SABE la materia, estará preparado para aplicarla a situaciones nuevas y desconocidas. Y ello pasa por haber manejado bibliografía tal y cómo se indica en el apartado b). Saber los apuntes es una condición necesaria para aprobar, pero no suficiente. Por tanto, si usted  sabe sus apuntes, NO SABE la materia. Y recuerde que SABER no es MEMORIZAR.

g) La revisión de calificaciones NO es una subasta.  Es  un  medio que la Universidad pone a su  disposición para que sepa DÓNDE, CÓMO Y POR QUÉ ha fallado, y proceda a  PLANIFICAR con su profesor la fase posterior de estudio orientada a subsanar las lagunas que sus conocimientos tengan.  Por tanto, por favor, no acuda a revisión con la intención de discutir sobre:

-Los criterios de corrección, ya que estos los define su profesor, y no es ni puede ser algo sujeto a negociación.

-La distribución de la puntuación entre los diferentes enunciados de los ejercicios del examen, ya que su profesor sabe qué es más importante que usted haya aprendido, y cómo evaluar ese aprendizaje, y ajustará esa distribución en consecuencia. El que considere que esa distribución le perjudica es un error,  ya que habrá sido aplicada por igual a sus compañeros, y además lo que hará será demostrar que no tiene claros aquellos conceptos que son más relevantes.

-Lo parecido o distinto de los ejercicios del examen a los realizados en clase. Un examen no tiene por qué parecerse a lo ya ejercitado. Los ejercicios de clase  le CAPACITAN para dominar los conceptos. Los exámenes DEMUESTRAN que usted sabe aplicar esos conceptos aprendidos a situaciones novedosas o simplemente diferentes a las estudiadas. 

-La verificación de si determinado ejercicio estaba o no en sus apuntes

-La simple pataleta por no haber superado la asignatura. No entienda un suspenso más que con la siguiente lectura: el trabajo realizado no ha sido válido, no ha sido suficiente, o ambas cosas. Debe trabajar más. Cualquier otra interpretación por su parte es un error.

h) Su obligación es estar informado de las circunstancias de la asignatura. Visite con asiduidad la sección de noticias de la plataforma virtual de la asignatura y en caso de duda consulte por e-mail a su profesor. No utilice argumentos de la clase "no sabía nada..." o "no me he enterado de que.." para excusar un fallo. Recuerde que ES su obligación y su responsabilidad  estar enterado. 
 
i) Utilice la tutoría. Es el único medio por el cual el profesor puede ofrecerle una enseñanza de carácter individualizado. Por tanto, aproveche la tutoría, en sus versiones presencial, electrónica. Y hágalo con frecuencia: siga el método de preparación de las clases ya descrito, y visite a su profesor cada vez que tenga dudas. Con carácter ordinario, un mínimo de una visita al profesor cada tres/cuatro semanas debería ser normal para usted. Si hay dificultades, tan a menudo como necesite.

j) NO se quede con una duda. Es muy habitual entre nuestros alumnos que cuando les surge una duda se queden con ella hasta el mismo momento del examen. Luego, durante la revisión reconocen: "sí, esto no me quedó claro, pero..." EVITE estos comportamientos. En una asignatura como esta, el progreso con garantías hacia nuevos contenidos implica haber asimilado correctamente los contenidos previos.

h) El profesor es su juez. Su labor en el momento de evaluarle se limitará a juzgar la cantidad y calidad del esfuerzo realizado por usted. Cualquier otro aspecto es irrelevante.

l) Acuda a clase y participe en ella. Plantee sus dudas, y fomente la discusión entre sus compañeros y con el profesor. Ello contribuirá de forma positiva a su formación, y hará la dinámica académica más rica. Además, contribuirá positivamente a su crecimiento personal.

m) Sea consciente de sus derechos como alumno, pero también de las obligaciones que el serlo conlleva. En particular, trate de seguir en todo momento la línea de conducta que el código ético de la Universidad (Código Peñalver) le aconseja.

Documento	Primer Apellido	Segundo Apellido	Nombre	Categoria
26018884L	BARRIONUEVO	GARCIA	ALBERTO	PROFESOR/A SUSTITUTO/A
49618799W	ROA	CARRILLO	LAZARO	PROFESOR/A SUSTITUTO/A
45076258F	TOMEU	HARDASMAL	ANTONIO J.	PROFESOR TITULAR DE UNIVERSIDAD
44029809N	TORRE	MACIAS	JUAN CARLOS DE LA	PROFESOR/A SUSTITUTO/A
49078940E	VALLE	GOMEZ	KEVIN JESUS	PROFESOR/A AYUDANTE DOCTOR/A

ID/ Orden	Resultado
1	Capacidad de identificar la concurrencia en un problema y de descomponer el mismo en una serie de tareas concurrentes cooperativas debidamente sincronizadas.
2	Conocimiento de las principales primitivas teóricas de control de la exclusión mutua y la sincronización entre entidades concurrentes: variables comunes, cerrojos, semáforos, monitores y memoria transaccional
3	Capacidad para desarrollar programas concurrentes en algún lenguaje de programación que dé soporte a la concurrencia, con adecuado control de la exclusión mutua y la sincronización que sea necesaria, en base a las primitivas de control de la concurrencia que el lenguaje proporcione. Capacidad para explotar procesadores multicore.
4	Capacidad para desarrollar el intercambio de mensajes entre objetos distribuidos bajo algún middleware como RMI, y también mediante algún API de paso de mensajes como MPJ-Express.
5	Conocimiento básico del concepto de aplicación de tiempo real, y de algún API –a nivel puramente descriptivo- que proporcione soporte al mismo en el marco de programación general y bajo la misma filosofía utilizada para la consecución de los anteriores resultados

Tipo actividad formativa	Código	Descripción	Horas	Detalle
1	01	Teoría	24	Exposición de los contenidos de la materia con ayuda de diapositivas, y descarga y ejecución de códigos de prueba desde el Campus Virtual ilustrando los conceptos teóricos, junto al desarrollo de soluciones a ejercicios elementales de afianzamiento.
2	02	Prácticas, seminarios y problemas	12	En este grupo de actividad formativa se realizarán las siguientes actividades: SEMINARIO 1: Concurrencia con el Lenguaje C++23. SEMINARIO 2: Memoria Transaccional Software sobre la JVM: Clojure. SEMINARIO 3: El Proyecto Loom: Nuevas Características en el API de Concurrencia de Java. 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.
3	03	Prácticas de informática	24	El alumno resolverá en las clases de prácticas informáticas un conjunto de ejercicios prácticos de programación de complejidad media. Tales ejercicios se establecerán en las asignaciones de prácticas.
10	10	Actividades formativas no presenciales	86,00	a) Lectura cuidadosa y razonada de las referencias bibliográficas indicadas por los profesores, en particular de las lecturas proporcionadas para cada tema. El estudiante debe ir más allá de la lectura de diapositivas. b) Resolución de los ejercicios y/o problemas de afianzamiento de contenidos propuestos por los profesores. c) Estudio intenso y continuado de la materia durante el semestre.
12	12	Actividades de evaluación	4,00	Exámenes

ID/ Orden	Temario	Descripción
1	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. Conceptos Elementales de Tiempo Real. Procesadores Híbridos y Hebras Virtuales.
2	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.
3	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-consumirdor, Regiones Críticas; protocolo de exclusión mutua. Regiones Críticas Condicionales: arquitectura y funcionamiento. Monitores: concepto, variables de condición, políticas de señalización. 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++23: las clases semaphore, mutex y condition_variable.
4	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. Protocolo de diseño de monitores en Java utilizando el API estándar, métodos sincronizados y condiciones de guarda.
5	TEMA 5: CONTROL DE LA CONCURRENCIA EN JAVA CON API DE ALTO NIVEL Familia de objetos con acceso atómico a través del API: paquete java.util.concurrent.atomic. Uso de la clase Semaphore: métodos acquire() y release(), protocolos de control de exclusión mutua y de sincronización con objetos de clase Semaphore. Citando a todos los hilos en un mismo punto: clase CyclicBarrier y protocolo de barrera. Ajustando la granularidad de la sección crítica según convenga: la clase ReentrantLock; API, protocolo de control de exclusión mutua y sincronización con cerrojos ReentrantLock. Obteniendo variables de condición sobre un cerrojo: la interfaz Condition, API y uso. Protocolo de diseño de monitores en Java utilizando cerrojos de clase ReentrantLock y variables Condition. Otros cerrojos disponibles en el API de alto nivel. La vida es bella: utilizando clases contenedoras autosincronizadas.
6	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.
7	TEMA 7: PASO DE MENSAJE INTEROBJETO EN JAVA: EL FRAMEWORK RMI RMI en Java. Modelando los objetos remotos: la interfaz Remote y su implementación. Generando resguardos: el precompilador rmic (por qué ha sido derogado). ¿Y si no generamos resguardos? Descarga dinámica de resguardos y generación automática de resguardos. El lado del servidor: la clase Naming. Activando un servicio de nombres donde registrar objetos servidores: el binario (del JDK) rmiregistry. Registrando un servicio: métodos bind() y rebind(). El cliente: protocolo de activación, localización del servicio de nombres; obteniendo una referencia al objeto remoto con el método lookup(). Transfiriendo objetos complejos: la interfaz Serializable. Limitaciones del modelo.
8	TEMA 8: SISTEMAS DE TIEMPO REAL. EL API DE TIEMPO REAL PARA JAVA (JRTS) Concepto de sistema de tiempo real. Elementos de un sistema de tiempo real. Tipos de sistemas de tiempo real. Atributos de las tareas de tiempo real, y tipos de tareas. Planificación de tareas de tiempo real: planificación estática con ejecutivo cíclico y planificación basada en prioridades. La especificación JRTS. Por qué la especificación de Java Estándar no basta para hacer tiempo real. La especificación JRTS. Nuevos tipos de memoria. Un modelo de planificación expulsivo, con 28 niveles de prioridad, y que resuelve las inversiones de prioridad. Modelando los objetos que se ejecutan: la interfaz Schedulable. Hilos RealTimeThread y NoHeapRealTimeThread. Cómo planificar esas hebras: métricas de prioridad. Planificadores predefinidos: PriorityScheduler. Planificadores propios mejorados. Gestión de Eventos Asíncronos.
9	SEMINARIOS: SEMINARIOS DE PROBLEMAS (8 horas) SEMINARIO 1: Concurrencia con el Lenguaje C++23 (1.5 horas). SEMINARIO 2: Memoria Transaccional Software sobre la JVM: Clojure (1 hora). SEMINARIO 3: El Proyecto Loom: Nuevas Características en el API de Concurrencia de Java. (1.5 horas).
11	PROGRAMA DE PRÁCTICAS: Las prácticas se desarrollarán mediante varias asignaciones de prácticas a desarrollar 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. En las clases de prácticas se proporcionará mediante diapositivas o pizarra el soporte conceptual y técnico necesario para que al 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, etc. que den soporte al desarrollo de la asignación.

UniversidaddeCádiz

Programa Docente de 21714020 - PROGRAMACIÓN CONCURRENTE Y DE TIEMPO REAL