Concurrencia (informática) para niños
En el mundo de la ciencias de la computación, la concurrencia se refiere a la capacidad de diferentes partes de un programa o problema para ejecutarse al mismo tiempo o en un orden parcial, sin que esto cambie el resultado final. Imagina que tienes varias tareas que hacer, y puedes hacer algunas de ellas a la vez sin que se estorben.
Estas tareas o cálculos pueden ser realizados por varios procesadores (como los "cerebros" de una computadora), o incluso por partes separadas de un mismo procesador, llamadas hilos de ejecución. A lo largo del tiempo, se han creado muchos modelos matemáticos para entender cómo funciona la concurrencia, como las redes de Petri o el Modelo Actor.
También, la palabra "concurrente" puede significar que algo ocurre con cierta regularidad, pero en informática, se usa para describir la ejecución simultánea de tareas.
Contenido
¿Qué es la Concurrencia en Informática?
La concurrencia es la idea de que varias cosas pueden estar sucediendo al mismo tiempo en un sistema informático. Piensa en un equipo de personas trabajando en un proyecto: cada persona puede estar haciendo una parte diferente al mismo tiempo, y al final, todas las partes se juntan para completar el proyecto.
¿Cómo funciona la Concurrencia?
Cuando un programa usa concurrencia, sus diferentes partes pueden ejecutarse en paralelo. Esto significa que la computadora no tiene que esperar a que una tarea termine para empezar la siguiente. En cambio, puede trabajar en varias tareas a la vez, lo que hace que todo sea más rápido y eficiente.
Procesadores y Hilos
Las computadoras modernas tienen procesadores con varios "núcleos" o pueden simular que tienen muchos. Cada núcleo puede manejar una tarea diferente. Además, dentro de un programa, se pueden crear "hilos de ejecución", que son como pequeños caminos por donde el programa realiza sus tareas. La concurrencia permite que estos hilos trabajen en paralelo.
Desafíos de la Concurrencia
Aunque la concurrencia es muy útil, también presenta desafíos. Como las diferentes partes de un programa pueden interactuar mientras se ejecutan, el número de formas en que pueden suceder las cosas puede ser enorme. Esto a veces puede llevar a resultados inesperados.
Recursos Compartidos y Problemas
Cuando varias tareas intentan usar el mismo recurso al mismo tiempo (como un espacio en la memoria de la computadora o un archivo), pueden surgir problemas. Por ejemplo:
- Bloqueo mutuo (Deadlock): Imagina que dos tareas necesitan dos recursos diferentes para continuar, y cada una tiene uno de los recursos y espera el otro. Se quedan "bloqueadas" esperando la una a la otra.
- Inanición (Starvation): Una tarea puede quedarse esperando indefinidamente por un recurso que otras tareas siempre están usando. Es como si una persona nunca pudiera comer porque las demás siempre toman la comida.
El diseño de sistemas concurrentes busca formas seguras de coordinar estas tareas, para que compartan información y recursos de manera eficiente, minimizando el tiempo de espera y maximizando el rendimiento (la cantidad de trabajo que se puede hacer).
Teoría de la Concurrencia
La teoría de la concurrencia es un campo de estudio importante en las ciencias de la computación. Desde los años 60, se han desarrollado muchas ideas y modelos para entender y describir cómo funciona la concurrencia.
Modelos de Concurrencia
Existen varios modelos para entender y diseñar sistemas concurrentes. Algunos de ellos son:
- La Máquina de Acceso Aleatorio Paralelo
- El Modelo Actor
- Las Redes de Petri
- Procesos calculi
- El modelo de Comunicación Secuencial de Procesos
- Espacios de tuplas, como Linda
- SCOOP (Programación Orientada a Objetos Concurrente Simple)
- Lenguaje Reo
Algunos de estos modelos sirven para pensar y especificar cómo deben funcionar los sistemas concurrentes, mientras que otros se usan en todo el proceso de desarrollo, desde el diseño hasta la prueba y simulación. Algunos se basan en el envío de mensajes entre tareas, y otros usan diferentes formas de manejar la concurrencia.
Concurrencia en la Práctica
La programación concurrente se refiere a los lenguajes y algoritmos que se usan para construir sistemas concurrentes. Es un campo más amplio que la programación paralela, porque la concurrencia puede implicar patrones de comunicación más complejos y dinámicos.
Objetivos de la Programación Concurrente
Los principales objetivos de la programación concurrente son:
- Exactitud: Que el programa haga lo que se espera y dé los resultados correctos.
- Rendimiento: Que el programa sea rápido y eficiente.
- Robustez: Que el programa sea capaz de recuperarse de errores y funcione de manera estable sin detenerse inesperadamente.
Sistemas importantes como los Sistemas Operativos (el software que controla tu computadora) y los sistemas de gestión de bases de datos están diseñados para funcionar de forma concurrente y operar indefinidamente, recuperándose automáticamente de fallos.
Control de Recursos Compartidos
Como los sistemas concurrentes usan recursos compartidos, a menudo necesitan un "árbitro" (generalmente en el hardware) que controle el acceso a esos recursos. Este árbitro ayuda a evitar problemas y asegura que las tareas se ejecuten correctamente y de forma eficiente.
Algunos modelos de programación concurrente incluyen las "coprocesos" y la "concurrencia determinista". En estos modelos, los hilos de control ceden explícitamente el tiempo de ejecución, ya sea al sistema o a otro proceso.
Galería de imágenes
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Los "Filósofos comiendo", problema clásico que implica el uso de concurrencia
Véase también
En inglés: 