Párhuzamosság, kritikus szakasz, szemaforok Operációs rendszerek

Párhuzamosság Több folyamat egyidejű futása! Valóságban: több processzor vagy több gép hálózatban (ez lassú) Látszatpárhuzamosság: egy processzor (időszeletekre bontja a folyamatokat)

Példa a párhuzamosságra (1) A nyomtatásra váró fájlokat egy nyomtatási sorba helyezzük. A nyomtatási sort egy vektorral valósítjuk meg, a vektor tartalmazza a nyomtatandó fájlok nevét. A vektort a folyamatok közösen használhatják. A sor első elemének indexét egy „out” nevű, és a vektor első szabad helyének indexét (ide kerül az új nyomtatási feladat) egy „in” nevű közös változó tartalmazza.

Példa a párhuzamosságra (2) nyomtatasi_sorba(string fájlnév) { if( a_nyomtatási_sor_nincs_tele ) { int következő_szabad_rekesz = in_lekérdez; vektor[következő_szabad_rekesz] = fájlnév; in_beállít(következő_szabad_rekesz + 1); }

Kritikus szakasz A programkódnak azt a részét, amelyik közös erőforrásthasznál, kritikus szakasznak (szekciónak) nevezzük. Amikor a futás kimenete attól függ, hogy melyik folyamat mikor és mennyit futott, azaz a párhuzamos végrehajtás következtében előforduló nem determinisztikus viselkedést versenyhelyzetnek nevezzük. Amikor egy folyamat használ egy közös erőforrást, megtiltjuk, hogy egy másik folyamat is használja ugyanazt az erőforrást, ezt nevezzük kölcsönös kizárásnak

Kölcsönös kizárás A kritikus szakaszban legfeljebb egy folyamat legyen. Semmilyen előfeltétel ne legyen a sebességről, vagy a processzorok (CPU) számáról. A folyamat a kritikus szakaszon kívül ne blokkoljon másik folyamatot. A kritikus szakaszba belépni kívánó folyamatok közül minden folyamat előbb-utóbb kerüljön sorra.

Megoldások kölcsönös kizárásra (1) Szigorú válogatás módszere: Peterson-féle megoldás void belépés(int process) { int másik = 1 - process; verseng[process] = TRUE; zálog = process; while(zálog == process && verseng[other] == TRUE); // Tevékeny várakozás. } void kilépés(int process) { verseng[process] = FALSE; }

Megoldások kölcsönös kizárásra (2) TSL utasítás használata (TEST AND SET LOCK) belépés: tsl regiszter_neve, lock cmp regiszter_neve, #0 jne belépés ret kilépés: move lock, #0 ret

Szemaforok (1) A gyártó-fogyasztó probléma: Három szemafort használunk Egy „üres” nevű szemafor tartalmazza a tároló üres helyeinek a számát. Egy „tele” nevű szemaforral a tároló foglalt helyeit számoljuk. A harmadik „mutex” nevű szemaforral pedig a közös erőforrás (tároló) elérését szabályozzuk.

Szemaforok (2) #define KAPACITÁS 100 szemafor mutex = 1; szemafor üres = KAPACITÁS; szemafor tele = 0; void gyártó() { while(1) { gyárt(); down(&üres); // Az üres helyek száma csökken, ha nincs üres hely, akkor alvás. down(&mutex); // A kritikus szakasz kezdete. berak(); // A kritikus művelet. up(&mutex); // A kritikus szakasz vége. up(&tele); // A tele helyek száma nő, ha alszik egy fogyasztó mert erre várt, akkor az felébred. }

Szemaforok (3) … void fogyasztó() { while(1) { down(&tele); // A tele helyek száma csökken, ha nincs tele hely, // azaz kiürült, akkor alvás. down(&mutex); // A kritikus szakasz kezdete. kivesz(); // A kritikus művelet. up(&mutex); // A kritikus szakasz vége. up(&üres); // Az üres helyek száma nő, ha alszik egy gyártó, // mert erre várt, akkor az felébred. }

Szemaforok (4) System V szemaforok: A System V szemaforok nem negatív egész értékű változók. A szemaforműveletek általában ezeknek a változóknak az értékét egy egész számmal növelik vagy csökkentik. Ha a művelet eredménye negatív szám lenne, az operációs rendszer blokkolja a folyamatot. Az operációs rendszer több szemafort is tud egyszerre kezelni (szemaforkészlet vagy szemafortömb).

Szemaforok (5) A szemaforkészletet létrehozását a semget nevű függvénnyel tudjuk megtenni: #include int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

Szemaforok (6) A „semctl” függvény segítségével tudunk információt kérni a szemaforkészletről vagy annak egy szemaforjáról: #include int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg);

Szemaforok (7) Az ipcs shell parancs segítségével tudjuk megnézni az IPC-eszközöket (megosztott memória, szemafor, üzenetsor). Törölni az ipcrm parancs segítségével tudunk.

Szemaforok (8) Példa: Lássuk a gyártó-fogyasztó problémának a szimulációját System V szemaforok segítségével! A tárolóba való berakás és a kivétel műveletétől tekintsünk el a példánkban. Használjunk két szemafort az üres helyek és a foglalt helyek számlálására! Elegendő lesz egyetlen szemaforkészletet használnunk két szemaforral. A berakás és kivétel a két szemaforon egyszerre végzett növelés, illetve csökkentés lesz.

Szemaforok (9) Letölteni: Linux parancssorban: gcc gyarto_fogyaszto.c./a.out

Szemaforok (10) Példa: Legyen egy adatbázis, és legyen benne egy adattábla, amelyet lehet írni és olvasni! Feltesszük, hogy több folyamat egyszerre olvashatja az adattáblát, de ha egy folyamat elkezdte írni, akkor semmilyen más folyamat nem férhet az adattáblához (se olvasás, se írás). Az olvasásnál megosztott zárolást, írásnál kizárólagos zárolást szeretnénk megvalósítani. Legyen egy szemaforunk „sem_db” névvel, amely a kizárólagos hozzáférést biztosítja! Az írófolyamat ezt a szemafort zárja, illetve nyitja a kritikus szakasz kezdetén, és a kritikus szakasz végén. Az olvasófolyamatoknak is blokkolódniuk kell a „sem_db”szemaforon, de ha mindegyik meghívja a „down” műveletet, akkor olvasókból is csak egy férhet az adattáblához. Tegyük fel azt is, hogy az elsőként érkező olvasó zárja a „sem_db” szemafort, és az utolsó olvasó pedig nyitja a „sem_db” szemafort. Ehhez számláljuk az olvasókat. Az olvasókat számláló megosztott változóra viszont szintén biztosítani kell a kölcsönös kizárást, így tehát egy másik szemafort is vezessünk be „sem_mutex” névvel, amelyik ennek a változónak a „védelmét” fogja ellátni.

Szemaforok (11) Letölteni: Linux parancssorban: gcc iro_olvaso.c./a.out

Köszönöm a figyelmet!