Mapeamento de CSP para JCSP

1. Mapeamento de CSP para JCSP Patrícia Muniz (pmf) Rafael Duarte (rmd)

2. Revisão JCSP • Um processo é um objeto de uma classe que implementa: • O comportamento do processo é determinado pelo corpo do método run() interface CSProcess { public void run(); }

3. Revisão JCSP • Um canal é um objeto de uma classe que implementa: interface Channel { }

4. Revisão JCSP • Já vimos interfaces e classes JCSP que implementam: • Processos • Canais • Paralelismo • Composição sequencial • Falta apresentar escolha (Alternative)

5. algoritmo de seleção Alternative • Implementa (external) choice • Exemplo: AltingChannelInputch1, ch2 = ... Guard[] guards = new Guard[] {ch1, ch2}; boolean[] preconditions = new boolean[] {g1, g2}; Alternative alt = new Alternative(guards); int indexGuard = alt.select(preconditions);

6. Canais em JCSP

7. Torna-se ativo quando o timeout dispara Sempre ativo Torna-se ativo quando uma chamada de método pode ser executada Torna-se ativo quando chega um sinal Alternative • Uma guarda pode ser apenas um evento de entrada, ou um timeout, ou o processo Skip

8. O evento a foi selecionado porque está ativo, embora tenha sido direcionado para outro processo Alternative • Canais One2Any e Any2Any não podem ser usados como guardas, porque podem gerar inconsistências One2AnyChannel a; alt = new Alternative(a.in()); switch (alt.select()) case 0: a.in().read(); One2AnyChannel a; a.out().write(...); One2AnyChannel a; a.in().read(); Não compila! SharedChannelInput não é do tipo Guard

9. Mapeamento de canais • One2OneChannel a = P(a.out()) [|a|] Q(a.in()) • One2AnyChannel a = P(a.out()) [|a|] (Q1(a.in()) ||| Q2(a.in())) • Any2OneChannel a = (P1(a.out()) ||| P2(a.out())) [|a|] Q(a.in()) • Any2AnyChannel a = (P1(a.out()) ||| P2(a.out())) [|a|] (Q1(a.in()) ||| Q2(a.in())) Na prática a comunicação é sempre ponto-a-ponto, porque apenas 2 processos se comunicam por vez

10. Mapeamento de processos • O que temos em CSP? • P = pre & a -> P • P = a?x:{restricao} -> P • P = a!x?y -> P • P = (a -> P) [] (b -> P) • P = (a -> P) |~| (b -> P) • P = a -> Q • P = (a -> Q) [] (b -> R) • P = Q ||| R • P = Q || R • P = Q |a| R • .... CUIDADO JCSP não possui mecanismos naturais para algumas destas construções!

11. Mapeamento de processos 1. P = pre & a -> P P implements CSProcess { AltingChannelInput a; public void run() { boolean pre = ... Guard[] guards = new Guard[]{a}; bollean[] preconditions = new boolean[] {pre}; Alternative alt = new Alternative(guards); while (true) { switch (alt.select(preconditions)) case 0: a.read(); break; } } }

12. Mapeamento de processos 2. P = a?x:{restricao} -> P • A restrição de um valor de entrada pode ser verificada apenas após a leitura do dado. • Mas neste ponto já houve sincronização!! • Se o canal for de saída (ChannelOutput), a restrição pode ser implementada if (f_restricao(x)) { a.write(x); }

13. Mapeamento de processos 3. P = a!x?y -> P • Há várias formas de implementar canais com múltiplos dados • Atenção para troca mútua de dados: P(e) = a?x!e -> P(e) Q(e) = a!x?e -> Q(e)

14. Mapeamento de processos 3.1 P = a!x?y -> P P = a!x?y -> ... // um canal para cada dado Q = a?x!y -> ... P { ChannelOutput ax; AltingChannelInput ay; ... ax.write(valueX); DataY valueY = (DataY)ay.read(); ... } Q { AltingChannelInput ax; ChannelOutput ay; ... DataX valueX = (DataX)ax.read(); ay.write(valueY); ... }

15. Mapeamento de processos 4. P = (a -> P) [] (b -> P) • Os canais de entrada são naturalmente usados como Guard • Canais de saída não podem ser usados como Guard • opção 1: criar um novo canal de entrada e antecedê-lo ao canal de saída b!out -> .... user -> b!out -> ... • opção 2: usar um timeout antes da ocorrência do canal de saída

16. Mapeamento de processos 4. P = (a!x -> P) [] (b?y -> P) P implements CSProcess { AltingChannelInput b, user; OutputChannel a; public void run() { Guard[] guards = new Guard[]{b, user}; Alternative alt = new Alternative(guards); while (true) { switch (alt.select()) case 0: b.read(); break; case 1: user.read(); a.write(..); break; } } }

17. Mapeamento de processos 5. P = (a -> P) |~| (b -> P) • Noção pouco clara • O não-determinismo pode ser implementado através do método de seleção de Alternative select() – seleciona arbitrariamente na lista de guardas ativas priSelect() – seleciona o primeiro da lista de guardas ativas fairSelect() – seleciona a guarda ativa menos visitada

18. Mapeamento de processos 6. P = a -> Q • P = a -> Skip;Q P implements CSProcess { ChannelInput a; public void run() { a.read(); new Q().run(); } } new Sequence( new CSProcess[] { new PSkip(..), new Q(...) } )

19. Mapeamento de processos 6. P = a -> Q • Atenção para a passagem de parâmetros P(x) = ... -> Q(f(x)) onde definir f(x)? P implements CSProcess { Object x; public void run() { ... new Q( f(x) ).run(); } }

20. Mapeamento de processos 7. P = (a -> Q) [] (b -> R) P implements CSProcess { AltingChannelInput a, b; public void run() { Guard[] guards = new Guard[]{a, b}; Alternative alt = new Alternative(guards); switch (alt.select()) case 0: a.read(); new Q().run(); break; case 1: b.read(); new R().run(); break; } }

21. Mapeamento de processos 8. P = Q ||| R • Canais Any2One, One2Any e Any2Any class Q implements CSProcess { ChannelInput a; ChannelOutput b; a.in().read(); ... b.out().write(...); } class Exemplo { Any2OneChannel a = Channel.any2one(); One2AnyChannel b = Channel.one2any(); public void run(){ new Parallel (new CSProcess[] { new Q(a.out(),b.in()), //b.in()!=b.in() // a.out() SharedChannelOutoput new Q(a.out(),b.in()), //b.in() SharredChannelInput new CSProcess () { public void run () { a.out().write(1); b.in().read();} } }).run (); }}

22. Mapeamento de processos 9. P = Q || R e 10. P = Q |a| R • Canais One2One devem ser usados para garantir a sincronização ponto-a-ponto • Os demais tipos de canais (One2Any, Any2One, Any2Any) não garantem comunicação síncrona entre todos os participantes. • A sincronização é alcançada pelo uso da referência ao mesmo canal em Q e R

23. Mapeamento de processos 9. P = Q || R e 10. P = Q |a| R • Para cada2 processos em paralelo é usado 1 canal One2One para cada evento de sincronização // Q |a| R One2OneChannel a = Channel.one2one(); public void run(){ new Parallel (new CSProcess[] { new Q(a.in()), new R(a.out()) }).run (); }

24. Mapeamento de processos 9. P = Q || R e 10. P = Q |a| R • Para 3 ou mais processos em paralelo é usado um array de canais One2One para cada evento de sincronização // (Q |a| R) |a| S One2OneChannel[] a = Channel.one2oneArray(3); new Parallel ( new Parallel (new CSProcess[] { new Q_11(a[1].in(),a[2].out()), new R_11(a[2].in(),a[0].out()), new S_11(a[0].in(),a[1].out()) } ).run();

25. Outras construções de JCSP • Barriers • Enquanto um Channel pode sincronizar apenas 2 processos por vez (reader e writer), Barriers podem sincronizar qualquer número definido de processos • Executam eventos que não transmitem qualquer informação, mas que bloqueiam processos até que todos possam sincronizar • Não podem ser guardas de um Alternative barrier P P P

26. Exemplo final Barrier barrier = new Barrier (nPlayers); for (inti = 0; i < players.length; i++) { players[i] = new Player (i, nPlayers, barrier);} .... public void run(){ System.out.println ("Player " + id + " at the barrier ..."); barrier.sync (); System.out.println ("\t\t\t... Player " + id + " over the barrier"); }

27. flush() Outras construções de JCSP • Buckets • Executam eventos que não transmitem qualquer informação, mas que bloqueiam processos até que seu método flush() seja executado • São não-determinísticos, desde que a decisão para executar o flush() é uma escolha interna do processo responsável Flusher bucket P P P

28. Exercício • Implementar em JCSP os seguintes processos: VM(c,t) = c > 0 & coffee -> VM(c-1,t) [] t > 0 & tea -> VM(c,t-1) CLIENT = coffee -> CLIENT |~| tea -> CLIENT SYSTEM = VM(10,10) [|{|coffee, tea|}|] CLIENT

29. Exemplos: www.cin.ufpe.br/~pmf/jcsp www.cin.ufpe.br/~rmd/esd/ Lembrete: Documentação mais atual: http://www.cs.kent.ac.uk/projects/ofa/jcsp/jcsp1-0-rc7/jcsp-docs/