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Synchronisation et communication entre processus

Synchronisation et communication entre processus. Schémas classiques de synchronisation. Un premier problème simple : l'exclusion mutuelle entre processus. Accès à une ressource critique. Introduction : un exemple simple de concurrence (I). Réservation : Si nb_place > 0 alors

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Synchronisation et communication entre processus

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Presentation Transcript

  1. Synchronisation et communication entre processus Schémas classiques de synchronisation

  2. Un premier problème simple :l'exclusion mutuelle entre processus Accès à une ressource critique

  3. Introduction : un exemple simple de concurrence(I) Réservation : Si nb_place > 0 alors Réserver une place nb_place = nb_place - 1 fsi

  4. Client 1 Demande Réservation Nb_Place > 0 = 1 Nb_Place = Nb_Place - 1 Nb_Place = -1 !!! Client 2 Demande Réservation Nb_Place > 0 = 1 Nb_Place = Nb_Place - 1 Nb_Place = 0 Introduction : un exemple simple de concurrence

  5. Notion d'exclusion mutuelle(I) Processus Début Prélude Section Critique Ressource Critique Nb_Place Postlude Section Critique Fin • Ressource utilisable par un seul processus à la fois SECTION CRITIQUE

  6. Client 1 Demande Réservation Protection de Nb_Place Nb_Place > 0 = 1 Nb_Place = Nb_Place - 1 Fin protection Nb_Place Client 2 Un exemple simple de concurrence Demande Réservation Nb_Place non accessible Protection de Nb_Place Nb_Place = 0

  7. Problème de la section critiqueSolutions matérielles • Masquage des interruptions Noyau Processus 1 Nb_Place Traitement IT Horloge Processus 2 Nb_Place

  8. Problème de la section critiqueSolutions matérielles • Masquage des interruptions Processus 1 IT Non prise en compte Masquage IT Nb_Places Démasquer IT Processus 2 Attente

  9. Problème de la section critique • Une ressource critique est une ressource accessible par un seul processus à la fois. L'accès se fait en exclusion mutuelle dans la section critique. • Une solution pour réaliser une section critique est d'interdire la prise en compte des interruptions durant l'utilisation de la ressource critique. • Mais • dangereux • mode superviseur • attente active • bloquer les processus : les sémaphores

  10. Les sémaphores • Structure P (Sem) File L V (Sem) Compteur K Val Sem INIT (Val, Sem) Opérations atomiques

  11. Val Les sémaphores • Opération Init (Val, Sem) Init (Val, Sem) début Sem. K := Val; Sem. L :=  fin

  12. < 0 Les sémaphores Endormissement • Opération P (Sem) P (Sem) début Sem.K := Sem.K - 1; Si Sem.K < 0 alors ajouter ce processus à Sem.L endormir ce processus fsi fin

  13. Les sémaphores Endormissement • Opération P (Sem) CPU élu prêt < 0 P(Sem) bloqué Sem

  14.  0 Les sémaphores Réveil • Opération V (Sem) V (Sem) début Sem.K := Sem.K + 1; Si Sem.K  0 alors sortir un processus de Sem.L réveiller ce processus fsi fin

  15.  0 Les sémaphores Réveil • Opération V (Sem) CPU élu prêt V(Sem) bloqué Sem

  16. Les sémaphores • Signification du compteur K • Si Sem.K > 0, Sem.K est le nombre d'opérations • P(Sem) passantes P1 P2 P3 P(Sem) K = 1 P(Sem) 2 P(Sem) K = 0 K < 0 Bloqué

  17. Les sémaphores • Signification du compteur K • Si Sem.K £ 0, valeur_absolue(Sem.K) est le nombre de processusbloqués dans Sem.L P3 P4 P1 P3 P(Sem) P4 K = -1 Bloqué P(Sem) - 2 K = - 2 Bloqué V(Sem) K = -1 Réveil de P3

  18. Les sémaphores Section critique Sémaphore Mutex initialisé à 1 P (Mutex) V (Mutex) Prélude Section Critique Postlude

  19. Les sémaphores Section critique Processus 2 Processus 1 P (Mutex) Mutex.K = 0 Entrée en SC P (Mutex) Mutex.K = - 1 Mise en attente V (Mutex) Entrée en SC Mutex.K = 0 Réveil

  20. Les sémaphores Allocations de ressources N ressources exclusives de même type Sémaphore Res initialisé à N Allocation : P(Res) Utilisation Ressource Restitution V(Res)

  21. Les sémaphores Allocations de ressources P3 P(Res) Res.K = 0 alloué P(Res) P(Res) Res.K = 2 Res.K = 1 P(Res) P4 alloué alloué P1 Res.K = - 1 Bloqué P2 V(Res) Res.K = 0

  22. Notion de synchronisationProducteur-Consommateur Tampon de messages Producteur Consommateur

  23. Producteur Si il y a au moins une case libre alors déposer le message prévenir le consommateur sinon attendre fsi Consommateur Si il y a au moins une case pleine alors prendre le message prévenir le producteur sinon attendre fsi Notion de synchronisationProducteur-Consommateur

  24. Un exemple de Producteur-Consommateurles Tubes Unix Ecriture bloquante - pas de consommateurs - tube plein Lecture bloquante - pas de producteurs - tube vide

  25. Un exemple de Producteur-Consommateurles messages queue d'Unix Clé 1 A B A Clé 2 Clé 1 Clé 3 C A Clé 1 Clé 4 Prod Clé 2 1 Clé 5 6 Cons Clé 6 B Clé 6 Clé 6

  26. Les sémaphoresProducteur-Consommateur Tampon de N messages Consommateur Producteur retrait case j dépot case i Ressources cases pleines 0 Ressources cases vides N Sémaphore Vide Sémaphore Plein

  27. Producteur Si il y a au moins une case libre alors déposer le message prévenir le consommateur sinon attendre fsi Les sémaphores Producteur-Consommateur allocation de ressources cases vides P (Sémaphore Vide) une ressource case pleine disponible V (Sémaphore Plein)

  28. Consommateur Si il y a au moins une case pleine alors prendre le message prévenir le producteur sinon attendre fsi Les sémaphores Producteur-Consommateur allocation de ressources cases pleines P (Sémaphore Plein) une ressource case vide disponible V (SémaphoreVide)

  29. Producteur index i de dépot : = 0 P(Vide) déposer le message dans T(i); i : = i + 1 mod N; V(Plein) Consommateur Sémaphore Vide initialisé à N : Init (Vide, N) Sémaphore Plein initialisé à 0 : Init (Plein, 0) index j de retrait := 0 P(Plein) retirer le message de T(j); j : = j + 1 mod N; V(Vide)

  30. Les sémaphores Producteur-consommateur Producteur Consommateur P(Plein) Plein.K = -1 Bloqué P(Vide) Vide.K := 1 dépot V(Plein) Débloqué 1 case pleine

  31. Les sémaphores Producteur-consommateur Producteur Consommateur P(Vide) Vide.K := 0 dépot V(Plein) 2 cases pleines Retrait V(Vide) P(Vide) Vide.K := - 1 Bloqué Débloqué

  32. FICHIER Notion de synchronisationLecteurs / Rédacteurs ECRITURE LECTURES • Ecriture seule - Lectures simultanées • Un écrivain exclut - les écrivains • - les lecteurs • Un lecteur exclut - les écrivains

  33. P1 r P1 w P1 r Un exemple de lecteurs / rédacteursMémoire partagée distribuée Mach 3 Rédacteur P1 Lecteur P1 1 Accès Ecriture (P1) INVALIDER P1 P1 2 Lecteur P1 Serveur DSM

  34. FICHIER Les sémaphoresLecteurs / Rédacteurs ECRITURE LECTURES • Ecriture seule - Lectures simultanées • Un écrivain exclut - les écrivains • - les lecteurs • Un lecteur exclut - les écrivains

  35. ECRITURE Les sémaphoresLecteurs / Rédacteurs • Un écrivain exclut les écrivains et les lecteurs • Un écrivain effectue des accès en exclusion • mutuelle des autres écrivains et des lecteurs • Sémaphore d'exclusion mutuelle Accès initialisé à 1

  36. Les sémaphoresLecteurs / Rédacteurs Ecrivain M'assurer que l'accès au fichier est libre P(Accès) entrer en écriture Libérer l'accès au fichier V(Accès)

  37. Les sémaphoresLecteurs / Rédacteurs LECTURES • Un lecteur exclut les écrivains • Un premier lecteur doit s'assurer qu'il n'y a • pas d'accès en écriture en cours • Le dernier lecteur doit réveiller • un éventuel écrivain • NL, nombre de lecteurs courants, initialisé à 0

  38. Les sémaphoresLecteurs / Rédacteurs Lecteur Compter un lecteur de plus Si je suis le premier lecteur alors Y-a-t-il un écrivain ? si oui, attendre fsi entrer en lecture Compter un lecteur de moins Si je suis le dernier, réveiller un écrivain P(Mutex) NL : = NL + 1 NL = 1 P(Accès) V(Mutex) P(Mutex) NL : = NL - 1 NL = 0 V(Mutex) V(Accès)

  39. Les sémaphoresLecteurs / Rédacteurs Lecteur P(Mutex) NL : = NL + 1 Si (NL = 1) alors P(Accès) fsi V(Mutex) P(Mutex) NL := NL - 1; Si (NL = 0) alors V(Accès) fsi V(Mutex) Accès lecture

  40. Les sémaphores Lecteurs / Rédacteurs Lecteur 1 Lecteur 2 Rédacteur 1 Rédacteur 2 P(Mutex) NL = 1 P(E) Accès autorisé Fichier (L) V(Mutex) Non actif Non actif P(E) Bloqué

  41. Les sémaphores Lecteurs / Rédacteurs Lecteur 1 Lecteur 2 Rédacteur 1 Rédacteur 2 P(Mutex) NL = 2 Accès autorisé V(Mutex) Lecture Bloqué Non actif

  42. Lecteurs / Rédacteurs Les sémaphores Lecteur 1 Lecteur 2 Rédacteur 1 Rédacteur 2 P(Mutex) NL -- = 1 V(Mutex) Lecture Bloqué Non actif P(Mutex) NL -- = 0 V(E) V(Mutex) Fichier (E) P(E) Bloqué

  43. Les sémaphores Lecteurs / Rédacteurs Lecteur 1 Lecteur 2 Rédacteur 1 Rédacteur 2 P(Mutex) NL = 1 P(E) bloqué Ecriture V(E) Bloqué P(Mutex) bloqué Ecriture

  44. Les sémaphoresLecteurs / Rédacteurs • Coalition des lecteurs contre les écrivains Fichier libre Fichier en lecture Lecteur j..  accès direct Lecteur 2...i accès direct Lecteur 1 P(E) et accès Ecrivain P(E) bloquant

  45. Les sémaphoresLecteurs / Rédacteurs • Solution à la coalition Fichier libre Fichier en lecture Interdire l'accès Lecteur j..  Lecteur 2...i accès direct Ecrivain P(E) bloquant Lecteur 1 P(E) et accès

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