Chương 5: Đồng bộ hóa tiến trình pptx

Phm Th Phi ©2004 5.1 H điu hành Chng 5: ng b hóa tin trình ̈ C s ̈ Bài toán min tng trc ̈ ng b hóa bng phn cng ̈ Semaphores ̈ Các bài toán c đin v đng b hóa ̈ Monitors ̈ ng b hóa trong Solaris và Windows 2000 Phm Th Phi ©2004 5.2 H điu hành C s ̈ Truy cp cnh tranh lên d liu đc chia s có th gây nên tình trng không nht quán d liu. ̈ Vic duy trì s nht quán d liu yêu cu các c ch đ đm bo s thc thi mt cách có th t ca các tin trình có hp tác vi nhau. ̈ Ví d? Phm Th Phi ©2004 5.3 H điu hành Tình trng đua tranh ̈ Tình trng đua tranh:làtình trng mà vài tin trình cùng truy cp và thay đi lên d liu đc chia s.Giátr cui cùng ca d liu chia s ph thuc vào tin trình nào hoàn thành cui cùng. ̈  ngn chn tình trng đua tranh, các tin trình đua tranh phi đc đng b hóa. Phm Th Phi ©2004 5.4 H điu hành Vn đ min tng trc ̈ Tt c n tin trình đang cnh tranh đ s dng d liu chia s. ̈ Mi tin trình có mt đon mã lnh, gi là min tng trc, mà trong đócóhành đng truy cp d liu đc chia s. ̈ Vn đ – đm bo rng khi mt tin trình đang chy trong min tng trc, không có mt tin trình nào khác đc cho phép chy trong min tng trc ca mình. Phm Th Phi ©2004 5.5 H điu hành Gii pháp cho vn đ min tng trc 1. Loi tr h tng.Nu tin trình P i đang thc thi trong min tng trc, thì không có tin trình nào khác có th thc thi trong min tng trc ca mình. 2. Tin trin.Nu không có tin trình nào đang thc thi trong min tng trc ca nó và có tn ti vài tin trình đang mong mun đc thc thi trong min tng trc ca chúng, thì vic la chn cho mt tin trình bc vào min tng trc ca nó không th b trì hoãn mãi đc. 3. Ch đi hu hn. Không có tin trình nào phi ch đi vnh vin đ có th bc vào min tng trc ca nó Phm Th Phi ©2004 5.6 H điu hành Nhng c gng đu tiên đ gii quyt bài toán min tng trc ̈ Ch có 2 tin trình, P 0 và P 1 ̈ Cu trúc tng quát ca tin trình P i (tin trình kia là P 1-j ) do { entry section critical section exit section reminder section } while (1); ̈ Các tin trình có th chia s mt s bin chung đ đng b hóa hành đng ca chúng. Phm Th Phi ©2004 5.7 H điu hành Gii thut1 ̈ Các bin chung: H int turn; khi đu turn = 0 H turn = i ⇒ P i có th bc vào min tng trc ca nó ̈ Tin trình P i do { while (turn != i) ; critical section turn = j; reminder section } while (1); ̈ Gii pháp này thõa mãn yêu cu v loi tr h tng nhng không tin trin đc. Phm Th Phi ©2004 5.8 H điu hành Gii thut2 ̈ Các bin chia s H boolean flag[2]; khi đu flag [0] = flag [1] = false. H flag [i] = true ⇒ P i sn sàng bc vào min tng trc ca nó ̈ Tin trình P i do { flag[i] := true; while (flag[j]) ; critical section flag [i] = false; remainder section } while (1); ̈ Thõa mãn yêu cu loi tr h tng, nhng không tin trin Phm Th Phi ©2004 5.9 H điu hành Gii thut3 ̈ Kt hp các bin chia s đc s dng trong các gii thut 1 và 2. ̈ Tin trình P i do { flag [i]:= true; turn = j; while (flag [j] and turn = j) ; critical section flag [i] = false; remainder section } while (1); ̈ Thõa mãn c 3 điu kin Phm Th Phi ©2004 5.10 H điu hành Gii thut Bakery ̈ Trc khi bc vào min tng trc ca mình, tin trình nhn đc mt con s. Tin trình nào nhn đc con s nh nht s có quyn bc vào min tng trc. ̈ If tin trình P i và P j nhn đc cùng mt s, và nu i<j,thìP i đc phc v trc; ngc li P j đc phc v trc. ̈ B sinh luôn luôn sinh ra các con s theo th t tng; ví d 1,2,3,3,3,3,4,5 Min tng trc cho n tin trình Phm Th Phi ©2004 5.11 H điu hành Gii thut Bakery ̈ Chú thích < dùng đ so sánh các cp (ticket #, process id #) H (a,b) < c,d) if a < c or if a = c and b < d H max (a 0 ,…, a n-1 )làs k, sao cho k ≥ a i for i =0, …, n –1 ̈ D liu chia s boolean choosing[n]; int number[n]; Các d liu trên đc khi to tng ng là false và 0 Phm Th Phi ©2004 5.12 H điu hành Gii thut Bakery do { choosing[i] = true; number[i] = max(number[0], number[1], …, number [n – 1])+1; choosing[i] = false; for (j = 0; j < n; j++) { while (choosing[j]) ; while ((number[j] != 0) && ((number[j],j) < (number[i],i)) ; } critical section number[i] = 0; remainder section } while (1); Phm Th Phi ©2004 5.13 H điu hành ng b hóa vi s tr giúp ca phn cng ̈ c và sa đi ni dung ca mt word mt cách t đng boolean TestAndSet(boolean &target) { boolean rv = target; target = true; return rv; } Phm Th Phi ©2004 5.14 H điu hành Loi tr tng h vi Test-and-Set ̈ D liu đc chia s: boolean lock = false; ̈ Tin trình P i do { while (TestAndSet(lock)) ; critical section lock = false; remainder section } Phm Th Phi ©2004 5.15 H điu hành Loi tr tng h vi s tr giúp ca phn cng ̈ T đng swap hai bin void Swap(boolean &a, boolean &b) { boolean temp = a; a = b; b = temp; } Phm Th Phi ©2004 5.16 H điu hành Loi tr tng h viSwap ̈ D liu chia s (khi to là false): boolean lock; boolean waiting[n]; ̈ Tin trình P i do { key = true; while (key == true) Swap(lock,key); critical section lock = false; remainder section } Phm Th Phi ©2004 5.17 H điu hành Semaphores ̈ Công c dùng đ đng b hóa không gây ra tình trng ch đi bn. ̈ Semaphore S –bin integer ̈ Ch có th đc truy cp thông qua hai thao tác nguyên t (không th chia nh đc na): wait (S): while S≤ 0 do no-op; S ; signal (S): S++; Phm Th Phi ©2004 5.18 H điu hành Min tng trc ca n tin trình ̈ D liu chia s: semaphore mutex; //khi đu mutex = 1 ̈ Tin trình Pi: do { wait(mutex); critical section signal(mutex); remainder section } while (1); Phm Th Phi ©2004 5.19 H điu hành Cài đt Semaphore ̈ nh ngha mt semaphore nh là mt record typedef struct { int value; struct process *L; } semaphore; ̈ Gi s ta đã có hai thao tác: H block – ngng tm thi tin trình gi thao tác này. H wakeup(P) khi đng li tin trình đã b blocked P. Phm Th Phi ©2004 5.20 H điu hành Cài đt ̈ Các thao tác trên Semaphore bây gi đc đnh ngha nh sau: wait(S): S.value ; if (S.value < 0) { add this process to S.L; block; } signal(S): S.value++; if (S.value <= 0) { remove a process P from S.L; wakeup(P); } Phm Th Phi ©2004 5.21 H điu hành Semaphore nh là công c đng b hóa tng quát ̈ Thc thi B trong P j ch sau khi A đã đc thc thi trong P i ̈ S dng semaphore flag khi to vi giá tr 0 ̈ Code: P i P j MM Await(flag) signal(flag) B Phm Th Phi ©2004 5.22 H điu hành Deadlock và cht đói ̈ Deadlock – hai hoc nhiu tin trình đang ch đi vô hn mt s kin nào đó, mà s kin đóch có th đc to ra bi mt trong các tin trình đang ch đi kia. ̈ Xem S và Q là 2 semaphores đc khi to là 1 P 0 P 1 wait(S); wait(Q); wait(Q); wait(S); MM signal(S); signal(Q); signal(Q) signal(S); ̈ S cht đói – b nghn (block) không hn đnh. Mt tin trình có th không bao gi đc xóa khi hàng đi trong semaphore. Phm Th Phi ©2004 5.23 H điu hành Có hai kiu semaphore ̈ Semaphore tng dn– giá tr integer có th tri qua nhiu min giá tr. ̈ Semaphore nh phân – giá tr integer ch nhn mt trong hai giá tr 0và1;cóth cài đt đn gin hn. ̈ Có th coi semephore nh phân là trng hp đc bit ca semaphore tng dn. Phm Th Phi ©2004 5.24 H điu hành Các bài toán đng b hóa c đin ̈ Bài toán ngi sn xut-ngi tiêu dùng (Bounded-Buffer hay Producer-Customer) ̈ Bài toán Readers and Writers ̈ Bài toán “5 nhà trit gia n ti” (Dining-Philosophers) Phm Th Phi ©2004 5.25 H điu hành Bounded-Buffer ̈ D liu chia s semaphore full, empty, mutex; Khi to: full = 0, empty = n, mutex = 1 Phm Th Phi ©2004 5.26 H điu hành Bounded-Buffer – tin trình Producer do { … produce an item in nextp … wait(empty); wait(mutex); … add nextp to buffer … signal(mutex); signal(full); } while (1); Phm Th Phi ©2004 5.27 H điu hành Bounded-Buffer – Tin trình Consumer do { wait(full) wait(mutex); … remove an item from buffer to nextc … signal(mutex); signal(empty); … consume the item in nextc … } while (1); Phm Th Phi ©2004 5.28 H điu hành Bài toán Readers-Writers ̈ D liu chia s semaphore mutex, wrt; Khi to mutex = 1, wrt = 1, readcount = 0 Phm Th Phi ©2004 5.29 H điu hành Readers-Writers – Tin trình Writer wait(wrt); … writing is performed … signal(wrt); Phm Th Phi ©2004 5.30 H điu hành Readers-Writers – Tin trình Reader wait(mutex); readcount++; if (readcount == 1) wait(wrt); signal(mutex); … reading is performed … wait(mutex); readcount ; if (readcount == 0) signal(wrt); signal(mutex): Phm Th Phi ©2004 5.31 H điu hành Bài toán nm nhà trit gia n ti ̈ D liu chia s semaphore chopstick[5]; Khi đu, các giá tr là 1 Phm Th Phi ©2004 5.32 H điu hành Bài toán nm nhà trit gia n ti ̈ Philosopher i: do { wait(chopstick[i]) wait(chopstick[(i+1) % 5]) … eat … signal(chopstick[i]); signal(chopstick[(i+1) % 5]); … think … } while (1); Phm Th Phi ©2004 5.33 H điu hành Monitors ̈ Cu trúc dùng đ đng b hóa đc cài đt  ngôn ng cp cao, nó cho phép chia s an toàn mt kiu d liu tru tng nào đógia nhiu tin trình cnh tranh. monitor monitor-name { shared variable declarations procedure body P1 (…) { . . . } procedure body P2 (…) { . . . } procedure body Pn (…) { . . . } { initialization code } } Phm Th Phi ©2004 5.34 H điu hành Monitors ̈  cho phép mt tin trình ch đi trong monitor, mt bin điu kin phi đc khai báo nh sau: condition x, y; ̈ Bin điu kin ch có th đc s dng vi hai thao tác wait và signal. H Thao tác x.wait(); có ngha là tin trình đang gi thao tác này đang ng cho đn khi mt tin trình khác gi x.signal(); H Thao tác x.signal khi đng li chính xác mt tin trình đang ng đ ch đi trên bin x. Nu không có tin trình nào đang ng trên x, thì thao tác signal không gây nh hng gì c. Phm Th Phi ©2004 5.35 H điu hành Cái nhìn mt cách có s đ v Monitor Phm Th Phi ©2004 5.36 H điu hành Monitor vi các bin điu kin Phm Th Phi ©2004 5.37 H điu hành Ví d v cài đt bài toán 5 nhà trit gia n ti trên monitor monitor dp { enum {thinking, hungry, eating} state[5]; condition self[5]; void pickup(int i) // các slide k tip void putdown(int i) // các slide k tip void test(int i) // các slide k tip void init() { for (int i = 0; i < 5; i++) state[i] = thinking; } } Phm Th Phi ©2004 5.38 H điu hành Các nhà trit gia n ti void pickup(int i) { state[i] = hungry; test[i]; if (state[i] != eating) self[i].wait(); } void putdown(int i) { state[i] = thinking; // test left and right neighbors test((i+4) % 5); test((i+1) % 5); } Phm Th Phi ©2004 5.39 H điu hành 5 nhà trit gia n ti void test(int i) { if ( (state[(i + 4) % 5] != eating) && (state[i] == hungry) && (state[(i + 1) % 5] != eating)) { state[i] = eating; self[i].signal(); } } . hành Chng 5: ng b hóa tin trình ̈ C s ̈ Bài toán min tng trc ̈ ng b hóa bng phn cng ̈ Semaphores ̈ Các bài toán c đin v đng b hóa ̈ Monitors ̈. s ph thuc vào tin trình nào hoàn thành cui cùng. ̈  ngn chn tình trng đua tranh, các tin trình đua tranh phi đc đng b hóa. Phm Th Phi ©2004 5.4 H