Párhuzamosság, kritikus szakasz, szemaforok

1. Párhuzamosság, kritikus szakasz, szemaforok Operációs rendszerek

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

3. Példa a párhuzamosságra (1) • A nyomtatásravárófájlokategynyomtatásisorbahelyezzük. • A nyomtatási sort egyvektorralvalósítjuk meg, a vektortartalmazza a nyomtatandófájloknevét. • A vektort a folyamatokközösenhasználhatják. • 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.

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

5. Kritikus szakasz • A programkódnakazt a részét, amelyikközöserőforrásthasznál, kritikusszakasznak (szekciónak) nevezzük. • Amikora futáskimeneteattólfügg, hogymelyikfolyamatmikorésmennyitfutott, azazapárhuzamosvégrehajtáskövetkeztébenelőfordulónemdeterminisztikusviselkedéstversenyhelyzetneknevezzük. • Amikoregyfolyamathasználegyközöserőforrást, megtiltjuk, hogyegymásikfolyamat is használjaugyanaztazerőforrást, eztnevezzükkölcsönöskizárásnak

6. Kölcsönös kizárás • A kritikusszakaszbanlegfeljebbegyfolyamatlegyen. • Semmilyenelőfeltétel ne legyen a sebességről, vagy a processzorok (CPU) számáról. • A folyamat a kritikusszakaszonkívül ne blokkoljonmásikfolyamatot. • A kritikusszakaszbabelépnikívánófolyamatokközülmindenfolyamatelőbb-utóbbkerüljönsorra.

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

8. Megoldások kölcsönös kizárásra (2) • TSL utasítás használata (TEST AND SET LOCK) belépés: tslregiszter_neve, lock cmpregiszter_neve, #0 jnebelépés ret kilépés: move lock, #0 ret

9. Szemaforok (1) Agyártó-fogyasztóprobléma: • 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.

10. Szemaforok (2) #define KAPACITÁS 100 szemafor mutex = 1; szemafor üres = KAPACITÁS; szemafor tele = 0; voidgyártó() { 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. } }

11. Szemaforok (3) … voidfogyasztó() { 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. } }

12. 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. • Azoperációsrendszertöbbszemafort is tudegyszerrekezelni (szemaforkészletvagyszemafortömb).

13. Szemaforok (5) • A szemaforkészletet létrehozását a semget nevű függvénnyel tudjuk megtenni: #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h> intsemget(key_t key, intnsems, intsemflg);

14. Szemaforok (6) • A „semctl” függvény segítségével tudunk információt kérni a szemaforkészletről vagy annak egy szemaforjáról: #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h> intsemctl(intsemid, intsemnum, intcmd, union semunarg);

15. Szemaforok (7) • Azipcs shell parancssegítségéveltudjukmegnézniaz IPC-eszközöket (megosztottmemória, szemafor, üzenetsor). • Törölniazipcrmparancssegítségéveltudunk.

16. 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.

17. Szemaforok (9) • Letölteni: www.sze.hu/~kajdla/Operacios_rendszerek/gyarto_fogyaszto.c • Linux parancssorban: gccgyarto_fogyaszto.c ./a.out

18. 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.

19. Szemaforok (11) • Letölteni: www.sze.hu/~kajdla/Operacios_rendszerek/iro_olvaso.c • Linux parancssorban: gcciro_olvaso.c ./a.out

20. Köszönöm a figyelmet!