6. Средства синхронизации и взаимодействия процессов 6.1. Проблема синхронизации Процессам Процессам часто нужно взаимодействовать друг с другом, например, - презентация

1 6. Средства синхронизации и взаимодействия процессов 6.1. Проблема синхронизации Процессам Процессам часто нужно взаимодействовать друг с другом, например, один процесс может передавать данные другому процессу, или несколько процессов могут обрабатывать данные из общего файла. синхронизации процессов Во всех этих случаях возникает проблема синхронизации процессов, которая может решаться: приостановкой и активизацией процессов, организацией очередей, блокированием и освобождением ресурсов.

2

3 Пример необходимости синхронизации

4 6.2. Критическая секция синхронизации процессов "критическая секция" Важным понятием синхронизации процессов является понятие "критическая секция" программы (CS). Критическая секция Критическая секция - это часть программы, в которой осуществляется доступ к разделяемым данным. гонок один процесс Чтобы исключить эффект гонок по отношению к некоторому ресурсу, необходимо обеспечить, чтобы в каждый момент в критической секции, связанной с этим ресурсом, находился максимум один процесс. взаимным исключением Этот прием называют взаимным исключением.

5 6.3. Синхронизация процессов на основе семафорных операций CPU аппарат событий Для устранения активного ожидания процесса CPU может быть использован так называемый аппарат событий. взаимного исключения синхронизации процессов С помощью этого средства могут решаться не только проблемы взаимного исключения, но и более общие задачи синхронизации процессов. WAIT(x) и POST(x), В разных ОС аппарат событий реализуется по своему, но в любом случае используются системные функции аналогичного назначения, которые условно назовем WAIT(x) и POST(x), где x - идентификатор некоторого события.

6 Реализация критической секции с использованием системных функций WAIT(D) и POST(D)

7 циклический опрос WAIT(D),D D Если ресурс занят, то процесс не выполняет циклический опрос, а вызывает системную функцию WAIT(D), здесь D обозначает событие, заключающееся в освобождении ресурса D. WAIT(D) D Функция WAIT(D) переводит активный процесс в состояние ОЖИДАНИЕ и делает отметку в его дескрипторе о том, что процесс ожидает события D. D POST(D), D Процесс, который в это время использует ресурс D, после выхода из критической секции выполняет системную функцию POST(D), в результате чего ОС просматривает очередь ожидающих процессов и переводит процесс, ожидающий события D, в состояние ГОТОВНОСТЬ.

8 Дейкстра Обобщающее средство синхронизации процессов предложил Дейкстра, который ввел два новых примитива. P V семафорами В абстрактной форме эти примитивы, обозначаемые P и V, оперируют над целыми неотрицательными переменными, называемыми семафорами. S V(S) :S S P(S) :SS=0 S P-операцию Пусть S такой семафор. Операции определяются следующим образом: V(S) : переменная S увеличивается на 1 одним неделимым действием; выборка, инкремент и запоминание не могут быть прерваны, и к S нет доступа другим процессам во время выполнения этой операции. P(S) : уменьшение S на 1, если это возможно. Если S=0, то невозможно уменьшить S и остаться в области целых неотрицательных значений, в этом случае процесс, вызывающий P-операцию, ждет, пока это уменьшение станет возможным.

9 6.4. Семафоры как счетчики ресурсов и синхронизаторы операций семафоров мультипрограммирования буферный пулбуферного пула Рассмотрим использование семафоров на классическом примере взаимодействия двух процессов, выполняющихся в режиме мультипрограммирования, один из которых пишет данные в буферный пул, а другой считывает их из буферного пула. буферный пули буферов Пусть буферный пул состоит из N буферов, каждый из которых может содержать одну запись. "писатель" Процесс "писатель" должен приостанавливаться, когда все буфера оказываются занятыми, и активизироваться при освобождении хотя бы одного буфера. "читатель" Напротив, процесс "читатель" приостанавливается, когда все буферы пусты, и активизируется при появлении хотя бы одной записи.

10 Для процессов Для процессов, совместно выполняющих общую работу, недостаточно, что они взаимно исключают друг друга при работе с разделяемыми переменными, им необходимо еще и передавать друг другу информацию. временной сигнал Минимальной единицей передаваемой информации может быть простой временной сигнал. В этом случае действует следующее правило: процессу предоставляется возможность ждать, пока другой не сообщит о "свершении" определенного события.

11 Специально предусматривать взаимное исключение синхронизацией Специально предусматривать взаимное исключение при доступе к буферу нет необходимости, т.к. в данном случае оно обеспечивается синхронизацией. Итак Итак - семафор может быть синхронизатором, координирующим производство и потребление ресурсов. ПроцессP- операцию Р(S)),S Процесс, потребляя ресурс, выполняет P- операцию над связанным с ресурсом семафором (т.е. Р(S)), что означает изменение значения S в меньшую сторону. V(S)- Процесс производит ресурс, выполняя V(S)- операцию над тем же семафором.

12

13