curs04_intercomunicarea proceselor

7/16/2019 Curs04_Intercomunicarea proceselor

http://slidepdf.com/reader/full/curs04intercomunicarea-proceselor 1/24

Curs 4Comunicarea între procese

(Interprocess Comunication -IPC)



Concepte• Colaborare

– schimb de informație – partajarea informației

• Concurență/competiție – acces exclusiv (secțiuni critice)

• rezultate predictibile• accesul concurent poate produce inconsistențe • serializarea accesului

– Exemplu:• Un proces (P1) folosește resursa R • Un alt proces (P2) solicită resursa R prelucrată de P1 • P2 trebuie să aștepte (acces exclusiv) eliberarea resursei R

• Coordonare

– ordonarea acțiunilor unui proces în funcție de acțiunile altui proces • P1 folosește R1 și produce R2 • P2 solicită R2 • P2 trebuie să aștepte ca P1 să producă R2 (sincronizare)

• Mecanisme de tip eveniment

– signal/notify – notifică producerea evenimentului/acțiunii – wait – așteaptă producerea evenimentului pentru sincronizare



1. Condiții de competiție

Două procese doresc partajarea acelorași resurse în același timp



2.1. Excluziune mutuală utilizând

secțiuni critice

Excluziunea mutuală depinde de:

1. Două procese nu se pot afla simultan în secțiunea critică

2. Nu se fac presupuneri referitoare la numărul și viteza UCP 3. Nici un proces care rulează înafara propriei sale secțiuni

critice nu poate bloca un alt proces

4. Nu se poate bloca la infinit, intrarea unui proces însecțiunea sa critică




secțiuni critice



3. Rezolvarea problemei

Soluțiile existente sunt:• Excluziune mutuală utilizând așteptarea ocupată

(busy waiting)

• activarea și dezactivarea proceselor (Sleep andwakeup)• Semafoare• Mutex-uri• Monitoare• Comunicarea prin mesaje• Bariere




așteptarea ocupată (busy waiting) Excluziune mutuală utilizând busy waiting se

poate realiza prin:

• Dezactivarea întreruperilor • Utilizarea unor biți de atenție

• Alternarea strictă a execuției proceselor

• Soluția lui Peterson

• Utilizarea instrucțiunii TSL.



3.1.1. Alternarea strictă a execuției

proceselor

(a) Proces 0. (b) Proces 1.



3.1.2.Soluția lui Peterson



3.1.3. Utilizarea instrucțiunii TSL



3.2. Sleep and Wakeup(1)

Legendă

N=nr max de sloturi

Count=nr de sloturi ocupateP+ producătorul adaugă

C- consumatorul extrage

S sleep

W wakeup

P/S

C/S

Count<>N?;TRUE; P+ Count=Count+1=3Caz I

Count<>0?;TRUE; C- Count=Count-1=1Caz II

Count=N?;TRUE;Caz III

Count=0?;TRUE;

Caz IV



3.2. Sleep and Wakeup(2)Starea inițială: Count=0, buffer gol1. C citește Count=0 2. UCP întrerupe execuția lui C; d.p.d.v logic C/W

Count<>N?;TRUE; P+ Count=Count+1=13.

4. Count=1 => anterior Count=0; P DECIDE C/S => SEMNAL NOU ACTIVARE C

5. D.p.d.v. logic C/W => SE PIERDE SEMNALUL NOU DE ACTIVARE A LUI C

6. UCP redă controlul lui C;

Count=0?;TRUE;7. C/S



Count=N?;TRUE;10.

P/S



3.3. Semafor Starea inițială: Count=0, buffer gol1. C citește Count=0 2. UCP întrerupe execuția lui C; d.p.d.v logic C/W


4. Count=1 => anterior Count=0; P DECIDE C/S => SEMNAL NOU ACTIVARE C

5. Realizăm operația de up pe semafor ; SEMF=SEMF+1(salvăm wakeup-ul)

6. UCP redă controlul lui C;

Count=0?;TRUE;7. C/S

Count=N?;TRUE;10.

P/S

......

11. SISTEMUL CONSTAT Ă C/S ȘI P/S. Sistemul selectează C pentru execuție deoareceeste salvat un wakeup pentru acesta.

12. SEMF=1<>0=> se realizează operația de down pe semafor => SEMF=SEMF-1=0

Count<>0?;TRUE; C-13. Count=Count-1=2



3.4. Mutex

• Mutex-ul este o versiune simplificată a unuisemafor • Mutex-ul este o variabilă care poate avea două

stări: blocat și deblocat (1/0)

• Dacă un thread dorește accesarea secțiunii criticeapelează mutex_lock. Dacă mutex-ul este deblocatthread-ul accesează secțiunea critică, altfel acestava fi blocat până când threadul din secțiunea

critică apelează mutex_unlock.• Sunt ușor de implementat cu ajutorul instucțiunii

TSL.



3.5. Monitoare

Exemplu de monitor



3.6. Comunicarea prin mesajeSend(destinație, &mesaj) Receive(sursă, &mesaj)

Problema producător -consumator:

• Presupunem că toate mesajele au aceiași dimensiune și că toatemesajele transmise care nu au fost încă recepționate sunt colectate

într-un buffer de către SO.Numărul N de mesaje utilizate este

analog celor N sloturi de memorie ale bufferului.

• Cum funcționează? – Procesul C transmite N mesaje goale procesului P.

– Procesul P preia un mesaj gol și transmite un mesaj complet

procesului C.

• Dacă unul din procese este mai rapid se formează o coadă demesaje; pentru ca adresarea mesajului să se realizeze mai ușor(nu

prin intermediul procesului) s-a propus utilizarea unei noi structuride date numită mailbox care acționează ca un buffer încărcat cu

mesaje.Asfel parametrii de adresare pentru send și receive nu vor mai fi procesele P și C ci cutiile lor poștale.



3.7. Bariere



Probleme IPC clasice

• Dining philosophers• Readers and writers• Sleeping Barber

Aceste probleme au fost discutate și analizateutilizând diferite mecanisme de sincronizare.



De știut... • Caracterizați noțiunea de concurență între două procese. • Caracterizați noțiunea de sincronizare între două procese. • Dați un exemplu de situație în care două procese se găsesc în condiții de

competiție. • Două procese sunt mutual exclusive. Explicați. • Ce reprezintă o secțiune critică? • Două procese obțin exclusivitate mutuală prin metoda de dezactivare a

întreruperilor. Prezentați dezavantajele metodei. • Ce reprezintă un bit de atenție?

• Prezentați metoda de alternare strictă a execuției proceselor și dezavantajele ei. • Descrieți soluția lui Peterson.

• Ce reprezintă TSL? • De ce avem nevoie de metoda sleep/wakeup?• Tratați problema producător consumator utilizând metoda sleep/wakeup. • Prezentați cazul în care metoda sleep/wakeup devine ineficientă pentru

rezolvarea problemei producător consumator. • Ce reprezintă un semafor? Exemplificați prin rezolvarea problemei producător

consumator.• Ce reprezintă un mutex? • Ce reprezintă un monitor?

• Cum se realizează comunicarea între procese utilizând mesaje? • Ce reprezintă o barieră?



Întrebare

Care din următoarele NU este un

mecanism de sincronizare?a) spinlock

b) mutex

c) memorie virtualad) semafor



Întrebare

Care din următoarele este un mecanism de

sincronizare busy-waiting?

a) spinlock b) mutex

c) memorie virtuala

d) semafor



Întrebare

Care din următoarele forme de sincronizare

NU folosește busy-waiting?

a) spinlock b) algoritmul lui Peterson

c) alternare strictă

d) mutex



Întrebare

Câte semafoare sunt necesare pentru rezolvareacorectă a problemei producător -consumator?

(mutexurile sunt considerate tot semafoare)a) 1

b) 2

c) 3

d) problema producător -consumator nu poate firezolvată corect folosind semafoare



Bibliografie

• A. Tanembaum, Modern Operating Systems, Prentice Hall2001, pag 100-132.

• A. Silberschatz, P. Galvin, Operating System Concepts,

John Wiley and Sons Inc., 2005, pag 90-108, 191-222.• A. Tanembaum, Modern Operating Systems, Prentice Hall,

2007, pag 117-146. • http://elf.cs.pub.ro/so/wiki/cursuri/curs-05

• Gh. Dodescu, Sisteme de operare, Ed. Economică, 2003, pag 105-129.

http://elf.cs.pub.ro/so/wiki/cursuri/curs-05




curs04_intercomunicarea proceselor

Documents