Средства синхронизации и взаимодействия процессов

• 1 слайд

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

• 2 слайд

• 3 слайд

  Пример необходимости синхронизации
  

• 4 слайд

  6.2. Критическая секция
  
  Важным понятием синхронизации процессов является понятие "критическая секция" программы (CS).
  Критическая секция - это часть программы, в которой осуществляется доступ к разделяемым данным.
  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.
  Этот прием называют взаимным исключением.
  

• 5 слайд

  6.3. Синхронизация процессов на основе семафорных операций
  
  Для устранения активного ожидания процесса CPU может быть использован так называемый аппарат событий.
  С помощью этого средства могут решаться не только проблемы взаимного исключения, но и более общие задачи синхронизации процессов.
  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 слайд

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

• 7 слайд

  Если ресурс занят, то процесс не выполняет циклический опрос, а вызывает системную функцию WAIT(D), здесь D обозначает событие, заключающееся в освобождении ресурса D.
  Функция WAIT(D) переводит активный процесс в состояние ОЖИДАНИЕ и делает отметку в его дескрипторе о том, что процесс ожидает события 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 слайд

  Обобщающее средство синхронизации процессов предложил Дейкстра, который ввел два новых примитива.
  В абстрактной форме эти примитивы, обозначаемые P и V, оперируют над целыми неотрицательными переменными, называемыми семафорами.
  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 слайд

  6.4. Семафоры как счетчики ресурсов и синхронизаторы операций
  
  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.
  Пусть буферный пул состоит из N буферов, каждый из которых может содержать одну запись.
  Процесс "писатель" должен приостанавливаться, когда все буфера оказываются занятыми, и активизироваться при освобождении хотя бы одного буфера.
  Напротив, процесс "читатель" приостанавливается, когда все буферы пусты, и активизируется при появлении хотя бы одной записи.
  

• 10 слайд

  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.
  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 слайд

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

• 12 слайд

• 13 слайд