Sop_13_wyk_1.0.pdf

Systemy operacyjne Systemowe mechanizmy synchronizacji procesów

Systemy operacyjne

Systemowe mechanizmy

synchronizacji procesów

Wykład prowadzą:

Jerzy Brzeziński

Dariusz Wawrzyniak

Celem wykładu jest przedstawienie mechanizmów synchronizacji, które mogą

być implementowane zarówno na poziomie architektury komputera, jak i przy

wsparciu systemu operacyjnego, polegającego na odpowiednim zarządzaniu

synchronizowanymi procesami. Należą do nich semafory oraz mechanizmy

zdefiniowane w ramach standardu POSIX, czyli zamki oraz zmienne warunkowe.

Systemy operacyjne Systemowe mechanizmy synchronizacji procesów

Systemy operacyjne

Plan wykładu

• Definicja semafora

• Klasyfikacja semaforów

• Implementacja semaforów

•Zamki

• Zmienne warunkowe

• Klasyczne problemy synchronizacji

Systemowe mechanizmy synchronizacji procesów (2)

Wykład składa się z trzech części. Pierwsza obejmuje semafory, ich abstrakcyjną

definicję, klasyfikację oraz sposoby implementacji. Druga dotyczy mechanizmów

standardu POSIX i sposobu ich użycia w synchronizacji. Ostatnia z zasadniczych

części wykładu obejmuje klasyczne problemy synchronizacji procesów —

producenta i konsumenta, czytelników i pisarzy, pięciu filozofów oraz śpiących

fryzjerów. Przedstawione zostaną rozwiązania tych problemów z użyciem

semaforów. Na koniec pojawi się krótka wzmianka o strukturalnych

mechanizmach synchronizacji.

Systemy operacyjne Systemowe mechanizmy synchronizacji procesów

Systemy operacyjne

Semafory

• Semafor jest zmienną całkowitą nieujemną lub — w

przypadku semaforów binarnych — zmienną typu

logicznego.

• Na semaforze można wykonywać dwa rodzaje operacji:

– P — opuszczanie semafora (hol. proberen)

– V — podnoszenie semafora (hol. verhogen)

• Synchronizacja polega na blokowaniu procesu w

operacji opuszczania semafora, jeśli semafor jest już

opuszczony.

Systemowe mechanizmy synchronizacji procesów (3)

Semafor, jako mechanizm synchronizacji procesów, został zaproponowany przez

Dijkstrę.

Semafor jest zmienną całkowitą, która z logicznego punktu widzenia (z punktu

widzenia aplikacji) przyjmuje wartości nieujemne (≥0) lub — w przypadku

semaforów binarnych — logiczne. Zmienna semaforowa musi mieć nadaną

początkowąwartość(oczywiście nieujemną).

Po nadaniu początkowej wartości zmiennej semaforowej można na niej wykonywać

tylko dwa rodzaje operacji:

P —opuszczanie semafora (hol. proberen),

V —podnoszenie semafora (hol. verhogen).

Operacja opuszczania powoduje zmniejszenie wartości zmiennej semaforowej, a

operacja podnoszenia jej zwiększenie. Wykonując operację semaforową, proces

może zastaćzablokowany (przejśćw stan oczekiwania). Typowym przypadkiem jest

blokowanie w operacji opuszczania semafora. Operacja opuszczanianie zakończy się

do czasu, ażwartośćzmiennej semaforowej będzie na tyle duża (byćmoże zostanie

zwiększona w międzyczasie), że zmniejszenie jej wartości w wyniku tej operacji nie

spowoduje przyjęcia wartości ujemnej. W przypadku semaforów dwustronnie

ograniczonych blokowanie może wystąpić również w przypadku podnoszenia

semafora.

Systemy operacyjne Systemowe mechanizmy synchronizacji procesów

Systemy operacyjne

Rodzaje semaforów (1)

• Semafor binarny — zmienna semaforowa przyjmuje

tylko wartości true (stan podniesienia, otwarcia) lub false

(stan opuszczenia, zamknięcia).

• Semafor ogólny (zliczający) — zmienna semaforowa

przyjmuje wartości całkowite nieujemne, a jej bieżąca

wartość jest zmniejszana lub zwiększana o 1 w wyniku

wykonania odpowiednio operacji opuszczenia lub

podniesienia semafora.

Systemowe mechanizmy synchronizacji procesów (4)

Typowym semaforem jest semafor binarny, który może mieć dwa stany:

podniesiony (otwarty) i opuszczony (zamknięty). Wielokrotne podnoszenie

takiego semafora nie zmieni jego stanu —skutkiem będzie stan otwarcia. W

niektórych rozwiązaniach przyjmuje się, że próba podniesienia otwartego

semafora sygnalizowana jest błędem.

W przeciwieństwie do semafora binarnego, semafor ogólny „pamięta” liczbę

operacji podniesienia. Przy wartości początkowej 0 można zatem bez

blokowania procesu wykonać tyle operacji opuszczenia semafora, ile razy

zostałon wcześniej podniesiony. Stąd określenie — semafor zliczający .

Systemy operacyjne Systemowe mechanizmy synchronizacji procesów

Systemy operacyjne

Rodzaje semaforów (2)

• Semafor uogólniony — semafor zliczający, w przypadku

którego zmienną semaforową można zwiększać lub

zmniejszać o dowolną wartość, podaną jako argument

operacji.

• Semafor dwustronnie ograniczony — semafor ogólny, w

przypadku którego zmienna semaforowa, oprócz

dolnego ograniczenia wartością 0, ma górne

ograniczenie, podane przy definicji semafora.

Systemowe mechanizmy synchronizacji procesów (5)

Semafor uogólniony można zwiększać lub zmniejszać o dowolną podaną wartość pod

warunkiem, że w wyniku zmniejszenia zmienna semaforowa nie osiągnie wartości

ujemnej. Jeśli zatem wartość parametru, o którą ma być zmniejszona zmienna

semaforowa jest większa od wartości tej zmiennej, następuje zablokowanie procesu.

Dla semafora dwustronnie ograniczonego definiuje się górne ograniczenie, po

osiągnięciu którego następuje blokowanie procesu równieżw operacji podnoszenia.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: