Презентация на тему: Взаимодействующие параллельные процессы

Взаимодействующие параллельные процессы

Параллельные процессы Последовательные процессы Логические параллельные процессы Физические параллельные процессы

Взаимодействующие процессы Физически параллельные P1 P2 P3 wait (ожидание) fork (разветвление) join (соединение) Логически параллельные

Взаимодействующие процессы Независимые процессы имеют свое множество переменных и ресурсов. Другие процессы не могут изменить значения переменных этого процесса. Взаимодействующие процессы – совместно используют общие ресурсы, и выполнение одного процесса влияет на результат другого. Ресурсами могут быть области памяти, файлы данных, ВУ и т.д.Взаимодействовать могут конкурирующие процессы, каждый из которых использует совместный ресурс только для своих целей, либо процессы, совместно выполняющие общую работу – асинхронные процессы.

Использование общего ресурса В результате прерывания последовательность действий обеих программ может измениться. Пусть Count = 10 и эта последовательность станет 1-4-5-6-2-3. 1 CX = 10 4 CX = 10 5 CX = 9 6 Count = 9CX = 11Count = 11 Правильное значение CX = 10 Эта ситуация называется коллизией. Работа с Count не является единой неделимой операцией. 1 inc Count 2 dec Count

Проблема критического участка Общий ресурс, совместно используемый несколькими параллельными процессами, получил название – критический ресурс. Часть программы, использующая критический ресурс, называется критическим участком (критическим интервалом, критической секцией, критической областью). Требования к критическому участку программы: - только один процесс может находиться внутри критического участка (взаимное исключение); - ни один процесс не должен ждать бесконечно долго входа в критический участок; - ни один процесс не может оставаться внутри критического интервала бесконечно долго; -операции взаимного исключения должны выполняться корректно при нарушении работы одного или нескольких процессов вне критического участка (устойчивость к нарушениям); - вход и выход взаимоисключения должны быть идентичными для всех процессов и не зависеть от их числа (симметрия).

Методы взаимоисключения Используется множество методов взаимоисключения взаимодействующих параллельных процессов в критических участках: - взаимное исключение с активным ожиданием: - запрещение прерываний, - строгое чередование, - алгоритмы Деккера и Петерсона, - операция проверки и установки; - семафоры и мьютексы; - мониторный механизм взаимоисключения; - обмен сообщениями между процессами;

Параллельные процессы без взаимоисключения Cobegin(нач. установка) PROC1; PROC2;coend

Взаимоисключение строгим чередованием процессов var NP: 1,2; Begin NP:=1; cobegin PROC1; PROC2; coend;end.

Попытка взаимоисключение с использованием флагов var C1, C2: boolean; Begin C1:=false; C2:=false; cobegin PROC1; PROC2; coend;end.

Алгоритм Деккера VAR C1,C2:Boolean; NP:1,2; beginNP:=1;C1:=FALSE; C2:=FALSE;Cobegin PROC1; PROC2; coend;end.

Алгоритм Петерсона var C1, C2: boolean; var NP:1,2; begin C1:=false; C2:=false; cobegin PROC1; PROC2; coend;end.

Взаимоисключение операцией проверка и установка (Test and Set) Var Common:boolean;Procedure TS (Лок, Общ); begin Лок:=Общ; Общ:=true; end; begin Common:=false;cobegin PROC1; PROC2; coend;end.

Операция Test and Set Procedure TS (Лок, Общ);beginЛок:=Общ;Общ:=TRUE;end; Общ:=false;(критич. участок свободен)Лок1:=True;While Лок1 do TS(Лок1,Общ); true false false <- false false true Общ:=true;(критич. Участок занят)Лок2:=True;While Лок2 do TS(Лок2,Общ); true true true <- true true true Команда BTS источник, индексПереносит бит по адресу источник[индекс] -> CF (Лок),Затем бит источник[индекс]<- 1 (Общ).L:BTSM, 1; входJCL; взаимоисключения;критическая секцияANDM, 0B; выход взаимоисключения

Семафоры Семафоры, как средство синхронизации параллельных процессов, предложил голландский математик Э. Дейкстра (E. W. Dijkstra) в 1965 г. Семафор S это агрегат данных, который состоит из счетчика с целыми значениями S.C и очереди процессов S.Q, ждущих входа в критический участок. При создании семафора счетчик принимает начальное значение C >= 0, а очередь – пустая. Две операции над числовыми семафорами.

Свойства числового семафора Работу числового семафора можно сравнить с работой автоматизиро-ванной двери, которая открывается, если бросить жетон. Жетон пропускает только одного человека. Жетон бросает не тот, кто проходит, а другой. Свойства числовых семафоров. Пусть C0 – начальное значение S.C, nP и nV – общее число выполнения операций P(S) и V(S). Тогда:- текущее значение счетчика семафора: S.C = C0 – nP + nV;- число процессов в состоянии ожидания: nB = max(0,–S.C);- число форсирований: nF = min(nP,C0–nV). Последний параметр показывает насколько nP больше nV. По аналогии с автоматической дверью nF дает знать, что количество прошедших равно наименьшему из двух чисел, одно из которых есть общее количество опущенных жетонов C0+nV(S), а другое – число желающих пройти дверь.

Логический семафор - mutex Вместо числовой переменной S.C может использоваться переменная логического типа. Такой логический семафор получил название мьютекс (mutex – MUtual EXclusion semaphor, семафор взаимного исключения). S.C принимает значения TRUE и FALSE, а операции P(S) и V(S) выражаются действиями: Двоичные семафоры используются для операции взаимоисключения нескольких процессов в случае, когда в критическом участке должен находиться только один процесс, числовые семафоры обладают также другими расширенными возможностями.

Взаимоисключение числовым семафором VAR S:Semaphore; beginS.C:=1;cobegin PROC1; PROC2;coend;end.

Синхронизация процессов «Главный – Подчиненный» VAR Event:Semaphore; beginEvent.C:=0;cobegin MASTER; SLAVE; coend;end. Обратите внимание, что здесь начальное значение счетчика семафора Event (событие) равно 0, т.е. семафор закрыт. Операция P(Event) переводит главный процесс в состояние «Ожидание», если значение семафора не было изменено. Открыть семафор может подчиненный процесс, сменив значение счетчика на 1, если подчиненный процесс выполнит V(Event) раньше.

Синхронизация процессов «Производитель – Потребитель» VAR Buf:Record; Start,Finish:Semaphore; beginStart.C:=0; Finish.C:=1;cobegin Repeat PRODUSER Until FALSE; Repeat CONSUMER Until FALSE;coend;end. Обратите внимание на начальные значения счетчиков семафоров.

«Производитель – Потребитель» множественный буфер VAR Buf:array [1..N] of Record; Full,Empty,S:Semaphore; beginS.C:=1; Full.C:= ; Empty.C:= ;cobegin Repeat PRODUSER Until FALSE; Repeat CONSUMER Until FALSE;coend;end.

«Читатели – Писатели»с приоритетом читателей VAR Nrdr:integer; W,R:Semaphore; Begin Nrdr:=0; W.C:=1; R.C:=1;cobegin Repeat READER Until FALSE; . . . Repeat READER Until FALSE; Repeat WRITER Until FALSE; . . . Repeat WRITER Until FALSE;coend; end.

«Читатели – Писатели»с приоритетом писателей VAR Nrdr:integer; W,R,S:Semaphore; Begin Nrdr:=0; W.C:=1; R.C:=1; S.C:=1;cobegin Repeat READER Until FALSE; . . . Repeat READER Until FALSE; Repeat WRITER Until FALSE; . . . Repeat WRITER Until FALSE;coend; end.