Contributions to the deadlock problem in multithreaded software applications observed as Resource Allocation Systems

Desde el punto de vista de la competencia por recursos compartidos sucesivamente reutilizables, se dice que un sistema concurrente compuesto por procesos secuenciales está en situación de bloqueo si existe en él un conjunto de procesos que están indefinidamente esperando la liberación de ciertos recursos retenidos por miembros del mismo conjunto de procesos. En sistemas razonablemente complejos o distribuidos, establecer una política de asignación de recursos que sea libre de bloqueos puede ser un problema muy difícil de resolver de forma eficiente. En este sentido, los modelos formales, y particularmente las redes de Petri, se han ido afianzando como herramientas fructíferas que permiten abstraer el problema de asignación de recursos en este tipo de sistemas, con el fin de abordarlo analíticamente y proveer métodos eficientes para la correcta construcción o corrección de estos sistemas. En particular, la teoría estructural de redes de Petri se postula como un potente aliado para lidiar con el problema de la explosión de estados inherente a aquéllos. En este fértil contexto han florecido una serie de trabajos que defienden una propuesta metodológica de diseño orientada al estudio estructural y la correspondiente corrección física del problema de asignación de recursos en familias de sistemas muy significativas en determinados contextos de aplicación, como el de los Sistemas de Fabricación Flexible. Las clases de modelos de redes de Petri resultantes asumen ciertas restricciones, con significado físico en el contexto de aplicación para el que están destinadas, que alivian en buena medida la complejidad del problema. En la presente tesis, se intenta acercar ese tipo de aproximación metodológica al diseño de aplicaciones software multihilo libres de bloqueos. A tal efecto, se pone de manifiesto cómo aquellas restricciones procedentes del mundo de los Sistemas de Fabricación Flexible se muestran demasiado severas para aprehender la versatilidad inherente a los sistemas software en lo que respecta a la interacción de los procesos con los recursos compartidos. En particular, se han de resaltar dos necesidades de modelado fundamentales que obstaculizan la mera adopción de antiguas aproximaciones surgidas bajo el prisma de otros dominios: (1) la necesidad de soportar el anidamiento de bucles no desplegables en el interior de los procesos, y (2) la posible compartición de recursos no disponibles en el arranque del sistema pero que son creados o declarados por un proceso en ejecución. A resultas, se identifica una serie de requerimientos básicos para la definición de un tipo de modelos orientado al estudio de sistemas software multihilo y se presenta una clase de redes de Petri, llamada PC2R, que cumple dicha lista de requerimientos, manteniéndose a su vez respetuosa con la filosofía de diseño de anteriores subclases enfocadas a otros contextos de aplicación. Junto con la revisión e integración de anteriores resultados en el nuevo marco conceptual, se aborda el estudio de propiedades inherentes a los sistemas resultantes y su relación profunda con otros tipos de modelos, la confección de resultados y algoritmos eficientes para el análisis estructural de vivacidad en la nueva clase, así como la revisión y propuesta de métodos de resolución de los problemas de bloqueo adaptadas a las particularidades físicas del dominio de aplicación. Asimismo, se estudia la complejidad computacional de ciertas vertientes relacionadas con el problema de asignación de recursos en el nuevo contexto, así como la traslación de los resultados anteriormente mencionados sobre el dominio de la ingeniería de software multihilo, donde la nueva clase de redes permite afrontar problemas inabordables considerando el marco teórico y las herramientas suministradas para subclases anteriormente explotadas

Measurements, Models, Systems and Design

531 s.

Recent advances in petri nets and concurrency

CEUR Workshop Proceeding

Configraphics:

This dissertation reports a PhD research on mathematical-computational models, methods, and techniques for analysis, synthesis, and evaluation of spatial configurations in architecture and urban design. Spatial configuration is a technical term that refers to the particular way in which a set of spaces are connected to one another as a network. Spatial configuration affects safety, security, and efficiency of functioning of complex buildings by facilitating certain patterns of movement and/or impeding other patterns. In cities and suburban built environments, spatial configuration affects accessibilities and influences travel behavioural patterns, e.g. choosing walking and cycling for short trips instead of travelling by cars. As such, spatial configuration effectively influences the social, economic, and environmental functioning of cities and complex buildings, by conducting human movement patterns. In this research, graph theory is used to mathematically model spatial configurations in order to provide intuitive ways of studying and designing spatial arrangements for architects and urban designers. The methods and tools presented in this dissertation are applicable in: arranging spatial layouts based on configuration graphs, e.g. by using bubble diagrams to ensure certain spatial requirements and qualities in complex buildings; and analysing the potential effects of decisions on the likely spatial performance of buildings and on mobility patterns in built environments for systematic comparison of designs or plans, e.g. as to their aptitude for pedestrians and cyclists. The dissertation reports two parallel tracks of work on architectural and urban configurations. The core concept of the architectural configuration track is the ‘bubble diagram’ and the core concept of the urban configuration track is the ‘easiest paths’ for walking and cycling. Walking and cycling have been chosen as the foci of this theme as they involve active physical, cognitive, and social encounter of people with built environments, all of which are influenced by spatial configuration. The methodologies presented in this dissertation have been implemented in design toolkits and made publicly available as freeware applications