Resumen de Computación Paralela y Concurrente¶

Conceptos Fundamentales¶

Concepto	Definición	Características	Aplicación
Computación Paralela	Ejecución simultánea de cálculos usando sistemas multinúcleo	Enfoque en aceleración y eficiencia	División de problemas en subproblemas
Programación Paralela	Uso de hardware paralelo para computaciones rápidas	Eficiencia y velocidad	Algoritmos paralelos
Programación Concurrente	Ejecución que puede o no ser simultánea	Modularidad, capacidad de respuesta, escalabilidad	Desarrollo de software
Proceso	Instancia de sistema operativo con tareas paralelas	Aislamiento de memoria entre procesos	Ejecución de aplicaciones
Hilo	Unidad de ejecución de instrucciones secuenciales	Comparte memoria del proceso, tiene pila propia	Programación concurrente
No Determinismo	Ejecución no predecible de hilos	Orden variable entre ejecuciones	Programación concurrente

Nivel	Descripción	Ejemplos
Bits	Procesamiento paralelo de bits	Instrucciones a nivel de CPU
Instrucciones	Ejecución simultánea de diferentes instrucciones	Pipeline de CPU
Tareas	Ejecución paralela de flujos de instrucciones	Algoritmos paralelos

Abstracción	Propósito	Ventajas	Ejemplo
Parallel	Ejecutar tareas en paralelo	Automatización de start/join	`parallel(e1, e2)`
Task	Control granular de ejecución	Flexibilidad en gestión de hilos	`task(e1).join()`
Synchronized	Garantizar atomicidad	Prevenir condiciones de carrera	`synchronized { ... }`
Join	Sincronizar finalización de hilos	Esperar resultados	`t1.join()`

Patrón	Estrategia	Caso de Uso
División por Segmentos	Partición lógica del problema. Segumento disyuntos y que su union de el segmento original	Suma de cuadrados, promedio ponderado
Paralelismo de Datos	Procesamiento paralelo de colecciones	Colecciones paralelas en Scala
Partición Lógica	Dividir rangos de procesamiento	`[0, n/2)` y `[n/2, n)`

Problema	Causa	Solución
No Determinismo	Orden de ejecución variable	Aceptar en diseño
Condición de Carrera	Acceso concurrente a datos compartidos	`synchronized`
Falta de Atomicidad	Intercalación de instrucciones	Secciones críticas sincronizadas

Método	Ventajas	Casos de Uso
Secuencial	Simplicidad	Pequeños conjuntos de datos
Parallel	Automatización	División simple en 2-4 tareas
Task	Control granular	Gestión avanzada de concurrencia