Podstawy Informatyki Synchronizacja procesów

Transkrypt

Plan wykładu
Synchronizacja procesów
Analiza stanów systemu
Uzupełnienie
Podstawy Informatyki
dr inż. Alina MOMOT
[email protected]
http://zti.polsl.pl/AMomot/pi
Plan wykładu
Uzupełnienie
Plan wykładu
1
Synchronizacja a komunikacja
Zadanie o producencie i konsumencie
Rozwiązanie problemu producenta i konsumenta
Przykład wzajemnej blokady
2
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Formalna analiza stanów systemu
Przykład
3
Uzupełnienie
Klasyfikacja stanów systemu
Metody ochrony przed wzajemną blokadą
Plan wykładu
Uzupełnienie
Synchronizacja
przekazywanie kontroli nad komputerem miedzy procesami
Komunikacja
przekazywanie danych między procesami
Plan wykładu
Uzupełnienie
Przykład
Wykorzystanie semafora dla synchronizacji procesów.
Założenia:
Dwa procesy korzystają ze wspólnej zmiennej X.
Proces 1 oblicza X, zaś proces 2 korzysta z tej wyliczonej wartości.
Istnieje semafor zmX i zmienna e0 (zmX ) = 0.
Plan wykładu
Uzupełnienie
Dwa procesy wymieniają się danymi poprzez wspólny bufor
Producent zapisuje do bufora
Konsument pobiera z bufora
Proces 1 (Producent)
Cyklicznie:
Produkuj
Zapisz do bufora
Proces 2 (Konsument)
Cyklicznie:
Pobierz z bufora
Skonsumuj
Plan wykładu
Uzupełnienie
Synchronizacja w zadaniu o producencie i konsumencie
gdy bufor pełny producent musi wstrzymać produkcję
gdy bufor pusty konsument musi czekać na dane
Cyklicznie:
Produkuj
Sprawdź czy jest miejsce
Zapisz do bufora
Cyklicznie:
Sprawdź czy są dane
Pobierz z bufora
Skonsumuj
Plan wykładu
Uzupełnienie
Synchronizacja w zadaniu o producencie i konsumencie
gdy bufor pełny producent musi wstrzymać produkcję
gdy bufor pusty konsument musi czekać na dane
Cyklicznie:
Produkuj
Sprawdź czy jest miejsce
Zapisz do bufora
Cyklicznie:
Sprawdź czy są dane
Pobierz z bufora
Skonsumuj
Plan wykładu
Uzupełnienie
Potrzebne są dwa semafory: dane i miejsce
Cyklicznie:
Produkuj
P(miejsce)
Zapisz do bufora
V(dane)
Cyklicznie:
P(dane)
Pobierz z bufora
V(miejsce)
Skonsumuj
e0 (dane) = 0
e0 (miejsce) = 1
Plan wykładu
Uzupełnienie
Gdy pojemność bufora N jest większa od jeden,
dostęp do bufora musi być chroniony!
Cyklicznie:
Produkuj
P(miejsce)
P(bufor)
Zapisz do bufora
V(bufor)
V(dane)
Cyklicznie:
P(dane)
P(bufor)
Pobierz z bufora
V(bufor)
V(miejsce)
Skonsumuj
e0 (dane) = 0
e0 (miejsce) = N
e0 (bufor) = 1
Plan wykładu
Uzupełnienie
Cyklicznie:
Produkuj
P(bufor)
P(miejsce)
Zapisz do bufora
V(bufor)
V(dane)
Cyklicznie:
P(dane)
P(bufor)
Pobierz z bufora
V(bufor)
V(miejsce)
Skonsumuj
e0 (dane) = 0
e0 (miejsce) = N
e0 (bufor) = 1
Plan wykładu
Uzupełnienie
Cyklicznie:
Produkuj
P(bufor)
P(miejsce)
Zapisz do bufora
V(bufor)
V(dane)
Cyklicznie:
P(dane)
P(bufor)
Pobierz z bufora
V(bufor)
V(miejsce)
Skonsumuj
e0 (dane) = 0
e0 (miejsce) = N
e0 (bufor) = 1
Problem wystąpi, gdy proces producenta jest zbyt szybki!
Plan wykładu
Uzupełnienie
Cyklicznie:
Produkuj
P(miejsce)
P(bufor)
Zapisz do bufora
V(bufor)
V(dane)
Cyklicznie:
P(bufor)
P(dane)
Pobierz z bufora
V(bufor)
V(miejsce)
Skonsumuj
e0 (dane) = 0
e0 (miejsce) = N
e0 (bufor) = 1
Plan wykładu
Uzupełnienie
Cyklicznie:
Produkuj
P(miejsce)
P(bufor)
Zapisz do bufora
V(bufor)
V(dane)
Cyklicznie:
P(bufor)
P(dane)
Pobierz z bufora
V(bufor)
V(miejsce)
Skonsumuj
e0 (dane) = 0
e0 (miejsce) = N
e0 (bufor) = 1
Problem wystąpi, gdy proces konsumenta jest zbyt szybki!
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Podstawowe pojęcia
Gospodarka zasobami – sposób przydziału zasobów procesom tak, aby:
zminimalizować czas realizacji procesów,
uniknąć wzajemnej blokady.
Wzajemna blokada (ang. deadlock) – sytuacja, gdy co najmniej dwa
różne procesy czekają na siebie nawzajem i żaden z nich nie może się
zakończyć.
Realizację procesów dzieli się na etapy – fragmenty, w których
przydzielone procesowi zasoby są stałe.
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Przykład 1
Dwa procesy korzystają ze wspólnej drukarki.
Proces 1
···
Proces 2
···
Drukuj nagłówek
···
Drukuj dane
Drukuj nagłówek
···
Drukuj dane
···
···
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Przykład 1
Drukarka jest zasobem niepodzielnym, który trzeba chronić.
Wprowadzamy semafor dr, który inicjujemy e0 (dr ) = 1
Proces 1
···
P(dr)
Drukuj nagłówek
···
Drukuj dane
V(dr)
···
Proces 2
···
P(dr)
Drukuj nagłówek
···
Drukuj dane
V(dr)
···
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Przykład 1
Drukarka jest zasobem niepodzielnym, który trzeba chronić.
Wprowadzamy semafor dr, który inicjujemy e0 (dr ) = 1
Proces 1
···
P(dr)
Drukuj nagłówek
···
Drukuj dane
V(dr)
···
faza 1
faza 2
faza 3
Proces 2
faza 1
···
P(dr)
Drukuj nagłówek
faza 2
···
Drukuj dane
V(dr)
···
faza 3
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Przykład 2
Dwa procesy korzystają ze wspólnej drukarki oraz plotera.
Proces 1
···
Proces 2
···
Drukuj nagłówek
···
Plotuj 1
···
Plotuj 1
···
Drukuj dane
Drukuj nagłówek
···
Plotuj 2
···
Plotuj 2
···
Drukuj dane
···
···
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Przykład 2
Wprowadzamy semafory dr i pl, który inicjujemy e0 (dr ) = 1, e0 (pl) = 1
Proces 2
···
P(pl)
Plotuj 1
···
P(dr)
Drukuj nagłówek
···
Plotuj 2
V(pl)
···
Drukuj dane
V(dr)
···
Proces 1
···
P(dr)
Drukuj nagłówek
···
P(pl)
Plotuj 1
···
Drukuj dane
V(dr)
···
Plotuj 2
V(pl)
···
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Przykład 2
Wprowadzamy semafory dr i pl, który inicjujemy e0 (dr ) = 1, e0 (pl) = 1
Proces 1
···
P(dr)
Drukuj nagłówek
···
P(pl)
Plotuj 1
···
Drukuj dane
V(dr)
···
Plotuj 2
V(pl)
···
faza 1
faza 2
faza 3
faza 4
faza 5
Proces 2
···
P(pl)
Plotuj 1
···
P(dr)
Drukuj nagłówek
···
Plotuj 2
V(pl)
···
Drukuj dane
V(dr)
···
faza 1
faza 2
faza 3
faza 4
faza 5
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Przykład 2 c.d.
(0,0)
(1,0)
(1,1)
(0,1)
(0,0)
Proces 1
···
P(dr)
Drukuj nagłówek
···
P(pl)
Plotuj 1
···
Drukuj dane
V(dr)
···
Plotuj 2
V(pl)
···
faza 1
(0,0)
faza 2
(0,1)
faza 3
(1,1)
faza 4
(1,0)
faza 5
(0,0)
Proces 2
···
P(pl)
Plotuj 1
···
P(dr)
Drukuj nagłówek
···
Plotuj 2
V(pl)
···
Drukuj dane
V(dr)
···
faza 1
faza 2
faza 3
faza 4
faza 5
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Przykład 2 - płaszczyzna fazowa
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Przykład 2 - stany możliwe (drukarka)
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Przykład 2 - stany możliwe (drukarka i ploter)
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Przykład 2 - stan niebezpieczny
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Przykład 2 - możliwa realizacja
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Formalna analiza stanów systemu - wprowadzenie
Dany jest zbiór n programów/procesów P = P1 , P2 , . . . , Pn
Dany jest zbiór m klas zasobów Z = Z1 , Z2 , . . . , Zm
Łączne zasoby systemu określa wektor X (niezmienny w czasie):
X = [x1 , x2 , . . . , xm ]T
Dla każdego procesu Pi na każdym etapie jego realizacji definiuje się
dwa wektory:
Wektor zasobów przydzielonych procesowi
Ai (t) = [ai1 (t), ai2 (t), . . . , aim (t)]T
Wektor zasobów potrzebnych do dokończenia procesu
Bi (t) = [bi1 (t), bi2 (t), . . . , bim (t)]T
Sytuację w systemie w chwili t określa para macierzy:
A(t) = [A1 (t), A2 (t), ..., An (t)]
B(t) = [B1 (t), B2 (t), ..., Bn (t)]
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Formalna analiza stanów systemu - stan możliwy
System znajduje się w chwili t w stanie możliwym, gdy
Bi (t) ¬ X
Ai (t) ¬ Bi (t)
n
X
∀i ∈ {1, 2, . . . , n}
∀i ∈ {1, 2, . . . , n}
Ai (t) ¬ X , czyli rezerwa systemu R = X −
i=1
n
X
i=1
Ai (t) 0
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Formalna analiza stanów systemu - stan bezpieczny
Stan bezpieczny – stan możliwy, dla którego można znaleźć zdrowy ciąg
procesów.
Zdrowy ciąg procesów – takie uporządkowanie procesów, że możliwe
jest ich sekwencyjne dokończenie, czyli dla dowolnego procesu Pi w
zdrowym ciągu:
Bi (t) ¬ R(t) + Ai (t) +
X
Aj (t),
S(j)<S(i)
gdzie S jest funkcją porządkującą ciąg procesów.
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
Przykład - analiza stanu systemu w punkcie 1
X =
A1 =
B1 =
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
A2 =
B2 =
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
Czy B1 ¬ X i B2 ¬ X ?
Czy A1 ¬ B1 i A2 ¬ B2 ?
Czy A1 + A2 ¬ X ?
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
A2 =
B2 =
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
Czy B1 ¬ X i B2 ¬ X ?
1
1
0
1
1
1
A2 =
B2 =
TAK
Czy A1 ¬ B1 i A2 ¬ B2 ?
Czy A1 + A2 ¬ X ?
1
0
1
1
TAK
TAK, czyli rezerwa R = X − A1 − A2 0
Wniosek: stan jest możliwy.
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
Czy ciąg (P1 , P2 ) jest zdrowy?
Czy B1 ¬ R + A1 ?
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
A2 =
B2 =
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
Czy
Czy
Czy
Czy
1
0
1
1
1
1
B2 =
ciąg (P1 , P2 ) jest zdrowy?
NIE, gdyż R = [0 0]T – ciąg chory
B1 ¬ R + A1 ?
B2 ¬ R + A2 ?
0
1
1
1
A2 =
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
Czy
Czy
Czy
Czy
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
A2 =
B2 =
B1 ¬ R + A1 ?
B2 ¬ R + A2 ?
Wniosek: brak zdrowego ciągu procesów, stan jest niebezpieczny.
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
A2 =
B2 =
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
Czy B1 ¬ X i B2 ¬ X ?
Czy A1 ¬ B1 i A2 ¬ B2 ?
Czy A1 + A2 ¬ X ?
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
A2 =
B2 =
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
Czy B1 ¬ X i B2 ¬ X ?
1
1
TAK
NIE, gdyż A1 + A2 = [2 2]T
Wniosek: stan jest niemożliwy.
1
1
1
1
A2 =
TAK
Czy A1 ¬ B1 i A2 ¬ B2 ?
Czy A1 + A2 ¬ X ?
1
1
1
1
B2 =
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
0
1
0
1
1
1
1
0
1
0
A2 =
B2 =
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
Czy B1 ¬ X i B2 ¬ X ?
Czy A1 ¬ B1 i A2 ¬ B2 ?
Czy A1 + A2 ¬ X ?
0
1
0
1
1
1
1
0
1
0
A2 =
B2 =
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
Czy B1 ¬ X i B2 ¬ X ?
0
1
1
0
1
0
A2 =
B2 =
TAK
Czy A1 ¬ B1 i A2 ¬ B2 ?
Czy A1 + A2 ¬ X ?
0
1
1
1
TAK
TAK, czyli rezerwa R = X − A1 − A2 0
Wniosek: stan jest możliwy.
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
Czy B1 ¬ R + A1 ?
0
1
0
1
1
1
1
0
1
0
A2 =
B2 =
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
TAK
Czy B1 ¬ R + A1 ?
Czy B2 ¬ R + A2 + A1 ?
0
1
0
1
1
1
1
0
1
0
A2 =
B2 =
Plan wykładu
Uzupełnienie
Podstawowe pojęcia
Płaszczyzna fazowa
Przykład
X =
A1 =
B1 =
0
1
0
1
TAK
Czy B1 ¬ R + A1 ?
TAK – ciąg zdrowy
Czy B2 ¬ R + A2 + A1 ?
Wniosek: stan jest bezpieczny.
1
1
1
0
1
0
A2 =
B2 =
Plan wykładu
Uzupełnienie
Analiza stanu systemu - podsumowanie
1
2
3
stan możliwy, niebezpieczny
stan niemożliwy
stan możliwy, bezpieczny, nierealizowalny
Plan wykładu
Uzupełnienie
Plan wykładu
Uzupełnienie
Przykład 3
Stan niebezpieczny nie musi oznaczać blokady wzajemnej
Plan wykładu
Uzupełnienie
Metody dynamiczne – przed przydzieleniem zasobu następuje
kontrola, czy po jego przydzieleniu system pozostanie w stanie
bezpiecznym.
Metoda bankiera – jeżeli jest proces, który potrzebuje jedynie
zasobów znajdujących się w rezerwie systemu wykonaj go, a
następnie przejdź do wykonywania kolejnego procesu.
Metoda przydziałów globalnych – każdy proces otrzymuje od
razu na starcie wszystkie potrzebne mu zasoby, a jeżeli nie jest to
możliwe musi czekać.
Metoda klas uporządkowanych – zasoby dzielone są na klasy wg
pewnego priorytetu i przydzielane są tylko w kolejności zgodnej z
ustalonym priorytetem.
Plan wykładu
Uzupełnienie
Metoda klas uporządkowanych - przykład
Proces 1
···
P(z1)
korzystanie z zasobu Z1
···
P(z2)
···
Proces 2
···
P(z2)
···
P(z1)
···
Plan wykładu
Uzupełnienie
Proces 1
···
P(z1)
···
P(z2)
···
Proces 2
···
P(z2)
···
P(z1)
···
Wzajemna blokada
Plan wykładu
Uzupełnienie
Założenie: priorytet(Z1) > priorytet(Z2)
Zasada: nie przydziela się procesowi zasobu klasy niższej, jeżeli nie
posiada a będzie potrzebował zasobu klasy wyższej.
Proces 1
···
P(z1)
···
P(z2)
···
Proces 2
···
P(z1)
P(z2)
···
···

Podstawy Informatyki Synchronizacja procesów

Transkrypt

Podobne dokumenty

Program do sklepu PC-MARKET – polecany system sprzedażowy

systemy zabezpieczenia towarów Kod bramki: 5807

Kliknij aby pobrać dokument w formacie PDF

Kwestionariusz nauczyciela: Prof. Kinga Momot

germańskie - Tatento.pl

1448356308-x

Synchronizacja dźwięku i obrazu