Tài liệu Các vấn đề cổ điển của đồng bộ hóa pptx

III. CÁ C Nguồn: III.1. Vấn đ tiến trìn h trình ki a Để đồn g sau : Tiến tr ì đầy.(sy n Tiến tr ì trống.(s y Hai tiế n mutuell e Giải p I II.1. 1 Sử dụn g còn trố n đồng th ờ C VấN Đề 3c.com.vn Vấn đề N g đ ề: hai tiến t h đóng vai t a đóng vai t r g bộ hóa ho ạ ì nh sản xu ấ n chronisati o ì nh tiêu th ụ y nchronisa t n t r ình sản e ) p háp: 1 . Semaph o g ba semap h n g trong bộ ờ i đến bộ đ ệ Cổ ĐIểN C g ười sản x u tr ình cùng c tr ò người s ả r ò người ti ê H ì ạ t động củ a ấ t (produce r o n) ụ (consume r t ion) xuất và tiê u o r e h ore : full, đ đệm; và m u ệ m. C ủA ĐồN G u ất – Ngư ờ c hia sẻ mộ t ả n xuất – t ạ ê u thụ – lấ y ì nh 3.17 P r a hai tiến t r ì r ) không đ ư r ) không đ ư u thụ khôn g đ ếm số chỗ u tex, kiểm t G Bộ HOÁ ờ i tiêu thụ ( t bộ đệm c ó ạ o ra dữ liệ u y dữ liệu từ r oducer và C ì nh sản xu ấ ư ợc ghi dữ l ư ợc đọc dữ l g được thao đã có dữ l i t ra việc Pr o ( Producer - ó kích thướ c u và đặt dữ bộ đệm ra đ C onsume r ấ t tiêu thụ c ầ iệu vào bộ l iệu từ bộ đ tác t r ên b ộ i ệu trong b ộ o ducer và C - Consume r c giới hạn. M liệu vào b ộ đ ể xử lý. ầ n tuân thủ đệm đã đ ệm đang ộ đệm cùng ộ đệm; emp C onsumer k h r ) M ột trong h ộ đệm- và t i các quy đị n lúc . (excl u ty, đếm số c h ông truy x h ai i ến n h u sion c hỗ x uất Buffe r semap h quyền semap h semap h Produ c { int w hi l p r d o d o e n u p u p } } Consu m { int w hi l d o d o r e u p u p c o } } I II.1. 2 Định ng trên bộ đ monit o c o i n pro c r Size = h ore mu t h ore em p h ore fu l c er() item; l e (TRU E r oduce _i o wn(&em p o wn(&mu t n ter _ it e p (&mute x p (&full) m er() item; l e (TRU E o wn(&fu l o wn(&mu t e move _ i t p (&mute x p (&empt y o nsume _i 2 . Monitor hĩa một m o đ ệm. Xử lý o r Prod u o nditio n n t coun t c edure e 3; t ex = 1; p ty = Bu f l l = 0; E ) { i tem(&it e p ty); t ex); e m(item) ; x ); ; E ) { l l); t ex); t em(&ite m x ); y ); i tem(ite m o nitor Prod u của các th ủ u cerCons u n full, e t ; e nter(); / / s f ferSiz e e m); ; / / g m ); / / r / / t m ); u cerConsu ủ tục này p h u mer e mpty; ố chỗ t r // ki ểm e ; / / // t ạo // gi ả / / bá o // đ ặt / / ra / / tă n i ả m số c / / bá o // l ấy a kh ỏ i m ăng s ố c // x ử mer với ha i h ụ thuộc v à r ong bộ m soát t r / / s ố ch ỗ / / s ố ch ỗ o dữ li ệ ả m số c h o hi ệu t dữ li ệ kh ỏ i m i n g s ố c h c hỗ đầy o hi ệu y dữ li ệ m iền gă n c hỗ trố n lý dữ l i thủ tục e n à o các biến đ đệm r uy xuấ t ỗ trống ỗ đầy ệ u mới h ỗ trống u vào mi ề ệ u vào b ộ i ền găng h ỗ đầy u vào mi ề ệ u từ bộ n g n g l iệu n ter và rem o đ iều kiện fu t độc ề n găng ộ đệm ề n găng đệm o ve thao tá c fu ll và emp ty c ty . { i f e n c o i f } pro c { i f r e c o i f } cou n end Pro d { wh { } } Con s { wh { } } I II.1. 3 Thông đ công vi ệ một dữ l Consu m f (coun t wai n ter _ it e o unt ++; f (coun t si g c edure r f (coun t wai e move _ i t o unt ; f (coun t sign a n t = 0; monito r d ucer(); h ile (T R produce Produce s umer(); h ile (T R Produce consume 3 . Trao đổi đ iệp empty h ệ c bằng các h l iệu mới và m er một thô n t == N) t(full) ; e m(item) ; t == 1) g nal(emp t r emove() ; t == 0) t(empty ) t em(&ite m t == N-1 ) a l(full) ; r ; R UE) _ item(& i rConsum e R UE) rConsum e _ item(i t thông điệ p h àm ý có m h gởi 4 thô n chờ đến k h n g điệp ch ứ ; ; t y); ; ) m ); ) ; i tem); e r.ente r e r.remo v t em); p m ột chỗ trố n n g điệp em p h i nhận đư ợ ứ a dữ liệu . T // n ế // đ ặt / / tă n // n ếu / / th ì // n ếu // l ấy // gi ả // n ếu / / th ì r ; v e; n g trong bộ p ty đấng P r ợ c một thô n T iến t r ình C u bộ đệ m t dữ li ệ n g s ố c h u bộ đệ m ì kích h u bộ đệ m y dữ li ệ ả m số c h u bộ đệ m ì kích h đệm. Tiến t r oducer. Ti ế n g điệp em p C onsumer c m đầy, ệ u vào b ộ h ỗ đầy m không t h o ạ t Con s m trống , ệ u từ bộ h ỗ đầy m không đ h o ạ t Pro d tr ình Cons u ế n t r ình Pr o p ty thì gởi n c hờ nhận t h phải c h ộ đệm t rống s umer , chờ đệm đ ầy d ucer u mer bắt đ ầ o ducer t ạo r gược lại c h h ông điệp c h h ờ ầ u r a h o h ứa dữ liệu, và sau khi xử lý xong dữ liệu này, Consumer sẽ lại gởi một thông điệp empty đến Producer, BufferSize = 4; Producteur() { int item; message m; // thông điệp while (TRUE) { produce_item(&item); receive(consumer,&m); // chờ thông điệp empty create_message(&m, item); // tạo thông điệp dữ liệu send(consumer,&m); // gởi dữ liệu đến Consumer } } Consumer() { int item; message m; for(0 to N) send(producer, &m); // gởi N thông điệp empty while (TRUE) { receive(producer, &m); // chờ thông điệp dữ liệu remove_item(&m,&item);// lấy dữ liệu từ thông điệp send(producer, &m); // gởi thông điệp empty consumer_item(item); // xử lý dữ liệu } } III.2. Mô hình Readers-Writers Vấn đề : Nhiều tiến trình đồng thời sử dụng một cơ sở dữ liệu. Các tiến trình chỉ cần lấy nội dung của cơ sở dữ liệu được gọi là các tiế n trình Reader, nhưng một số tiến trình khác lại có nhu cầu sửa đổi, cập nhật dữ liệu trong cơ sở dữ liệu chung này, chúng được gọi là các tiến trình Writer. Các quy định đồng bộ hóa việc truy xuất cơ sỡ dữ liệu cần tuân thủ là : Không trình Re Tại m ộ liệu. (m u Giải p I II.2. 1 Sử dụn g sở dữ li ệ db, kiể m semap h semap h int r c Reade r { w hi l d r i u r d r i u u } } Write r { w hi l c d w u } } cho phép m ader khác đ ộ t thời điể m u tuelle exc l p háp: 1 . Semaph o g một biến c ệ u. Hai se m m tra sự tru y h ore mu t h ore db c ; r () l e (TRU E d own(&m u r c = rc i f (rc = down( & u p(&mut e r ead _ da t d own(&m u r c = rc i f (rc = up( & u p(&mut e u se _ dat a r () l e (TRU E c reate _d d own(&d b w rite _ d a u p(&db); m ột tiến trì n đ ang truy x u m , chỉ cho p usion). o r e c hung rc đ ể m aphore cũ n y xuất độc q t ex = 1; = 1; E ) { u tex); + 1; = = 1) & db); e x); t abase() ; u tex); - 1; = = 0) & db); e x); // a_ read() ; E ) { d ata(); b ); a tabase( ) n h Writer c ậ u ất nội dun g p hép một ti ế ể ghi nhớ s ố n g được sử d q uyền đến c // K / / K // S / / g // t // // c // c ; / / đ // g // b // n // c ch ấ m d ứ ; // ) ; // // ậ p nhật dữ l g cơ sở dữ ế n t r ình Wr i ố lượng các d ụng : mut e c ơ sở dữ liệ u K i ể m tr a K i ể m tra S ố lư ợ n g g iành q u t hêm m ột nếu l à c ấ m Wri t c h ấ m dứ t đ ọ c dữ l i g iành q u b ớ t một n ếu l à R c ho ph é ứ t truy x giành q c ậ p nh ậ ch ấ m d ứ l iệu trong c liệu (sync h i ter được s ử tiến t r ình R e x, kiểm s o u . a truy x u truy x u g tiến t r u y ề n tru y t tiến t r Reader đ t er truy t truy x u i ệu u y ề n tru y tiến tr ì R eader c u é p Write r x uất rc q uy ề n tr u ậ t dữ li ệ ứ t truy x c ơ sở dữ liệ u h ronisatio n ử a đổi nội d R eader mu ố o át sự truy c u ất rc u ất cơ s r ì nh Re a y xuất r r ì nh Re a đ ầu tiê n xuất d ữ u ất rc y xuất r ì nh Rea d u ối cùn g r truy x u y xuất ệ u x uất db u khi các ti n ) d ung cơ sở d ố n truy xuấ t c ập đến rc; ở dữ li ệ a der r c a der n thì ữ liệu r c d er g thì x uất db db ến d ữ t cơ và ệ u I II.2. 2 Sử dụn g sở dữ li ệ miền gă n monit o c o i n B o pro c { i f r c s i } pro c { r i } pro c { i f b u } pro c { b u I f e l } Read e { w { 2 . Monitor g một biến c ệ u. Một tiế n n g, tiến trì n o r Read e o nditio n n t o olean c edure B f (busy) wait( O c ++; i gnal(O K c edure F r c ; i f (rc = sign a c edure B f (busy wait(O K u sy = t r c edure F u sy = f a f (OKRe a signal ( l se signal ( e r() w hile ( T { Read e c hung rc đ ể n t r ình Wri t n h Reader c e rWriter n OKWrit e rc = busy = B eginRea d O KRead); K Read); F inishRe a = = 0) a l(OKWri t B eginWri t || rc ! = K Write); r ue; F inishWr i a lse; a d.Queue ) ( OKRead) ; ( OKWrite ) T RUE) e rWriter . ể ghi nhớ s ố t er phải ch u c uối cùng s ẽ e , OKRe a 0; false; d () a d() / / b t e); / / t t e() = 0) i te() ) ; ) ; . BeginR e ố lượng các u yển sang t r ẽ đánh thức a d; / / t ớ t một R // n ế / / th ì ruy xu ất // n ếu / / Re a e ad(); tiến t r ình R r ạng thái c h tiến t r ình W // n ế u t hêm m ột R eader ế u l à R e ì cho ph t db u db đa n a der đa n R eader mu ố h ờ nếu rc > W riter đan g db đang t Reader e ader cu ố h ép Writ e n g bận, h n g đ ọ c d b ố n truy xuấ t 0. KHi ra k g bị khóa. bận, c h ố i cùng e r h ay một b ,chờ t cơ k hỏi h ờ } } Writ e { w { } } I II.2. 3 Cần có m Các tiế n từ serve r Reade r { wh } Write r { wh } IV. Tắ C IV.1. Read _ Read e } e r() w hile ( T { c R W Read e } 3 . Trao đổi m ột tiến t r ì n n t r ình Writ e r các thông r () h ile (T R se n re c pr i r () h ile (T R cr e se n re c C NGHẽN ( Định ngh ĩ _ databas e e rWriter . T RUE) c reate _ d a R eaderWr i W rite _ da t e rWriter . thông điệ p n h server đ i e r và Read e điệp hồi đ á R UE) { n d (serv e c eive (s e i nt(valu e R UE) { e ate _ dat a n d (serv e c eive (s e ( DEADLO ĩ a: e (); . Finish R a ta(&in f i ter.Be g t abase() . Finish W p i ều khiển v i e r gởi các t h á p t ương ứ n e r, Req u e rver, v e ); } a (&valu e e r, Req u e rver,O K CK) R ead(); f o); g inWrite ; W rite(); i ệc truy xu ấ h ông điệp y n g . u estRea d v alue); e ); u estWri t K Write); (); ấ t cơ sở dữ y êu cầu tru y d ); t e,value ) } liệu. y xuất đến s ) ; s erver và n h h ận Một tập hợp các tiến trình được định nghĩa ở trong tình trạng tắc nghẽn khi mỗi tiến trình trong tập hợp đều chờ đợi một sự kiện mà chỉ có một tiến trình khác trong tập hợp mới có thể phát sinh được. Nói cách khác, mỗi tiến trình trong tập hợp đều chờ được cấp phát một tài nguyên hiện đang bị một tiến trình khác cũng ở trạng thái blocked chiếm giữ . Như vậy không có tiến trình nào có thể tiếp tục xử lý , cũng như giải phóng tài nguyên cho tiến trình khác sử dụng, tất cả các tiến trình trong tập hợp đều bị khóa vĩnh viễn ! Vấn đề Bữa ăn tối của các triết gia : 5 nhà triết học cùng ngồi ăn tối với món spaghetti nổi tiếng. Mỗi nhà triết học cần dùng 2 cái nĩa để có thể ăn spaghetti . Nhưng trên bàn chỉ có t ổng cộng 5 cái nĩa để xen kẽ với 5 cái đĩa. Mỗi nhà triết học sẽ suy ngẫm các triết lý của mình đến khi cảm thấy đói thì dự định lần lượt cầm 1 cái nĩa bên trái và 1 cái nĩa bên phải để ăn. Nếu cả 5 nhà triết học đều cầm cái nĩa bên trái cùng lúc, thì sẽ không có ai có được cái nĩa bên phải để có thể bắt đầu thưởng thức spaghetti . Đây chính là tình trạng tắc nghẽn . Hình 3.18 Bữa ăn tối của các triết gia IV.2. Điều kiện xuất hiện tắc nghẽn Coffman, Elphick và Shoshani đã đưa ra 4 điều kiện cần có thể làm xuất hiện tắc nghẽn: Có sử dụng tài nguyên không thể chia sẻ (Mutual exclusion) : Mỗi thời điểm, một tài nguyên không thể chia sẻ được hệ thống cấp phát chỉ cho một tiến trình , khi tiến trình sử dụng xong tài nguyên này, hệ thống mới thu hồi và cấp phát tài nguyên cho tiến trình khác. Sự chiếm giữ và yêu cầu thêm tài nguyên (Wait for): Các tiến trình tiếp tục chiếm giữ các tài nguyên đã cấp phát cho nó trong khi chờ được cấp phát thêm một số tài nguyên mới. Không thu hồi tài nguyên từ tiến trình đang giữ chúng (No preemption) : Tài nguyên không thể được thu hồi từ tiến trình đang chiếm giữ chúng trước khi tiến trình này sủ dụng chúng xong. Tồn tại một chu kỳ trong đồ thị cấp phát tài nguyên ( Circular wait) : có ít nhất hai tiến trình chờ đợi lẫn nhau : tiến trình này chờ được cấp phát tài nguyên đang bị tiến trình kia chiếm giữ và ngược lại. Khi có đủ 4 điều kiện này, thì tắc nghẽn xảy ra. Nếu thiếu một trong 4 điều kiện trên thì không có tắc nghẽn. IV.3. Đồ thị cấp phát tài nguyên Có thể sử dụng một đồ thị để mô hình hóa việc cấp phát tài nguyên. Đồ thị này có 2 loại nút : các tiế n trình được biễu diễn bằng hình tròn, và mỗi tài nguyên được hiển thị bằng hình vuông Hình 3.19 Đồ thị cấp phát tài nguyên IV.4. Các phương pháp xử lý tắc nghẽn Chủ yếu có ba hương tiếp cận để xử lý tắc nghẽn : Sử dụng một nghi thức (protocol) để bảo đảm rằng hệ thống không bao giờ xảy ra tắc nghẽn. Cho phép xảy ra tắc nghẽn và tìm cách sữa chữa tắc nghẽn. Hoàn toàn bỏ qua việc xử lý tắc nghẽn, xem như hệ thống không bao giờ xảy ra tắc nghẽn. IV.5. Ngăn chặn tắc nghẽn Để tắc nghẽn không xảy ra, cần bảo đảm tối thiểu một trong 4 đ iều kiện cần không xảy ra: Tài nguyên không thể chia sẻ : nhìn chung gần như không thể tránh được điều kiện này vì bản chất tài nguyên gần như cố định. Tuy nhiên đối với một số tài nguyên về kết xuất, người ta có thể dùng các cơ chế spooling để biến đổi thành tài nguyên có thể chia sẻ. Sự chiếm giữ và yêu cầu thêm tài nguyên: phải bảo đảm rằng mỗi khi tiến trình yêu cầu thêm một tài nguyên thì nó không chiếm giữ các tài nguyên khác. Có thể áp đặt một trong hai cơ chế truy xuất sau : Tiến trình phải yêu cầu tất cả các tài nguyên cần thiết trước khi bắt đầu xử lý . => phương pháp này có khó khăn là tiến trình khó có thể ước lượng chính xác tài nguyên cần sử dụng vì có thể nhu cầu phụ thuộc vào quá trình xử lý . Ngoài ra nếu tiến trình chiếm giữ sẵn các tài nguyên chưa c ần sử dụng ngay thì việc sử dụng tài nguyên sẽ kém hiệu quả. Khi tiến trình yêu cầu một tài nguyên mới và bị từ chối, nó phải giải phóng các tài nguyên đang chiếm giữ , sau đó lại được cấp phát trở lại cùng lần với tài nguyên mới. => phương pháp này làm phát sinh các khó khăn trong việc bảo vệ tính toàn vẹn dữ liệu của hệ thống. Không thu hồi tài nguyên: cho phép hệ thống được thu hồi tài nguyên từ các tiến trình bị khoá và cấp phát trở lại cho tiến trình khi nó thoát khỏi tình trạng bị khóa. Tuy nhiên với một số loại tài nguyên, việc thu hồi sẽ rất khó khăn vì vi phạm sự toàn vẹn dữ liệu . Tồn tại một chu kỳ: tránh tạo chu kỳ trong đồ thị bằng cách cấp phát tài nguyên theo một sự phân cấp như sau : gọi R = {R 1 , R 2 , ,Rm} là tập các loại tài nguyên. Các loại tài nguyên được phân cấp từ 1-N. [...]... mãn các nhu cầu tài nguyên (cho đến tối đa) của mỗi tiến trình theo một thứ tự nào đó mà vẫn ngăn chặn được tắc nghẽn Một chuỗi cấp phát an toàn: một thứ tự của các tiến trình là an toàn đối với tình trạng cấp phát hiện hành nếu với mỗi tiến trình Pi nhu cầu tài nguyên của Pi có thể được thỏa mãn với các tài nguyên còn tự do của hệ thống, cộng với các tài nguyên đang bị chiếm giữ bởi các. .. vào các yếu tố như độ ưu tiên, thời gian đã xử lý, số lượng tài nguyên đang chiếm giữ , số lượng tài nguyên yêu cầu Thu hồi tài nguyên Có thể hiệu chỉnh tắc nghẽn bằng cách thu hồi một số tài nguyên từ các tiến trình và cấp phát các tài nguyên này cho những tiến trình khác cho đến khi loại bỏ được chu trình tắc nghẽn Cần giải quyết 3 vấn đề sau: Chọn lựa một nạn nhân: tiến trình nào sẽ bị thu hồi tài. .. Chiến lược cấp phát : chỉ thỏa mãn yêu cầu tài nguyên của tiến trình khi trạng thái kết quả là an toàn! Giải thuật xác định trạng thái an toàn Cần sử dụng các cấu trúc dữ liệu sau : int Available[NumResources]; /* Available[r]= số lượng các thể hiện còn tự do của tài nguyên r*/ int Max[NumProcs, NumResources]; /*Max[p,r]= nhu cầu tối đa của tiến trình p về tài nguyên r*/ int Allocation[NumProcs, NumResources];... tài nguyên ? và thu hồi những tài nguyên nào ? Trở lại trạng thái trước tắc nghẽn: khi thu hồi tài nguyên của một tiến trình, cần phải phục hồi trạng thái của tiến trình trở lại trạng thái gần nhất trước đó mà không xảy ra tắc nghẽn Tình trạng « đói tài nguyên »: làm sao bảo đảm rằng không có một tiến trình luôn luôn bị thu hồi tài nguyên ? V.TÓM TắT Các giải pháp đồng bộ hoá do lập trình viên xây dựng... - k; Nếu trạng thái kết quả là an toàn, lúc này các tài nguyên trên sẽ được cấp phát thật sự cho Pi Ngược lại, Pi phải chờ IV.7 Phát hiện tắc nghẽn Cần sử dụng các cấu trúc dữ liệu sau : int Available[NumResources]; // Available[r]= số lượng các thể hiện còn tự do của tài nguyên r int Allocation[NumProcs, NumResources]; // Allocation[p,r] = số lượng tài nguyên r thực sự cấp phát cho p int Request[NumProcs,... số giá trị i, các tiến trình mà Finish[i] == false sẽ ở tình trạng tắc nghẽn II.8 Hiệu chỉnh tắc nghẽn Khi đã phát hiện được tắc nghẽn, có hai lựa chọn chính để hiệu chỉnh tắc nghẽn : Đình chỉ hoạt động của các tiến trình liên quan Cách tiếp cận này dựa trên việc thu hồi lại các tài nguyên của những tiến trình bị kết thúc Có thể sử dụng một trong hai phương pháp sau : Đình chỉ tất cả các tiến trình... : process P1 { A1 ; A2 } process P2 { B1 ; B2 } Đồng bộ hoá hoạt động của hai tiến trình này sao cho cả A1 và B1 đều hoàn tất trước khi A2 hay B2 bắt đầu Bài 10.Tổng quát hoá câu hỏi 8) cho các tiến trình xử lý đoạn chương trình sau : process P1 { for ( i = 1; i . như giải phóng tài nguyên cho tiến trình khác sử dụng, tất cả các tiến trình trong tập hợp đều bị khóa vĩnh viễn ! Vấn đề Bữa ăn tối của các triết gia. chúng được gọi là các tiến trình Writer. Các quy định đồng bộ hóa việc truy xuất cơ sỡ dữ liệu cần tuân thủ là : Không trình Re Tại m ộ liệu. (m u Giải