Операционные системы 2011 (1114689), страница 37

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 37)

Представим произвольную системурезервирования ресурса. Например, это может быть система резервирования места вгостинице. В данной системе существует два типа процессов для работы с информацией.Одни процессы могут читать информацию, а другие — ее изменять, корректировать.Соответственно, возникает все тот же вопрос, как организовать корректную совместнуюработу этих процессов. Это означает, что в любой момент времени читать данные могутлюбое количество процессов-читателей, но если процесс-писатель начал свою работу, товсе остальные процессы (и читатели, и писатели) будут блокированы на входе в систему.Задача заключается в планировании работы такой системы.Рассмотрим модельную реализацию данной задачи при выбранной следующейстратегии: будем считать, что наиболее приоритетными являются читающие процессы. Тоесть процесс-писатель будет ожидать момента, когда все желающие процессы-читателиокончат свои действия в системе и покинут ее./* переопределение типа семафор */typedef int semaphore;/* семафор для доступа в критическую секцию - контроль задоступом к «rc» (разделямый ресурс) */semaphore mutex = 1;/* семафор для доступа к базе данных */semaphore db = 1;/* количество читателей внутри хранилища */int rc = 0;/* процесс-читатель */128void Reader(void){while(true){down(&mutex); /* получить эксклюзивный доступ к «rc»*/rc = rc + 1; /* еще одним читателем больше *//* если это первый читатель, нужно заблокироватьэксклюзивный доступ к базе */if(rc == 1)down(&db);up(&mutex); /*освободить ресурс rc */ReadDataBase(); /* доступ к данным */down(&mutex); /*получить эксклюзивный доступ к «rc»*/rc = rc – 1; /* теперь одним читателем меньше *//*если это был последний читатель, разблокироватьэксклюзивный доступ к базе данных */if(rc == 0)up(&db);up(&mutex); /*освободить разделяемый ресурс rc*/UseDataRead(); /* некритическая секция */}}/* процесс-писатель */void Writer(void){while(TRUE){ThinkUpData(); /* некритическая секция */down(&db); /* получить эксклюзивный доступ к данным*/WriteDataBase(); /* записать данные */up(&db); /* отдать эксклюзивный доступ */}}В приведенном решении процесс-читатель в каждом цикле своей работы входит вкритическую секцию (опускает семафор mutex), увеличивает счетчик читателей,находящихся в хранилище, на 1.

Затем проверяет, что является ли он первым читателем(т.е. в данный момент он единственный клиент в хранилище). Если да, то он опускаетсемафор db, тем самым, препятствуя писателям войти в систему, если они того пожелают.Если же семафор db уже был опущен, то это означает, что в данный момент в хранилищеприсутствует писатель, и этот первый читатель заблокируется на этой операции, ожидаявыхода писателя из системы.

(Заметим, что эта блокировка происходит внутрикритической секции, поэтому остальные читатели будут блокироваться на опусканиисемафора mutex.) После этого происходит выход из критической секции (подымаемсемафор mutex), чтение информации из хранилища. Затем производятся обратныедействия по выходу из хранилища, которые также происходят внутри критическойсекции. Итак, на выходе мы уменьшаем число читателей в хранилище, и если некоторыйчитатель является последним клиентом в библиотеке, то происходит поднятие семафораdb, разрешая работу писателям (которые к этому моменту могли быть заблокированы навходе). В конце цикла работы читатель обрабатывает полученные данные из хранилища,после чего цикл повторяется.129Писатель в начале каждого цикла своей работы подготавливает данные длясохранения, затем пытается войти в хранилище, опуская семафор db.

Если в хранилищекто-то есть, то он будет ожидать, пока последний клиент (независимо от того, читательэто или писатель) не покинет хранилище. После этого он производит корректировкуданных в хранилище и покидает его, поднимая семафор db.Заметим, что в данном решении если хотя бы один читатель находится внутрисистемы, то любой следующий читатель беспрепятственно в нее попадет, а писатель жебудет ожидать, когда все посетители покинут хранилище, т.е. реализована стратегияприоритетности читателя перед писателем. Чтобы этого избежать, можномодифицировать алгоритм таким образом, чтобы в случае, если имеется хотя бы одиножидающий процесс-писатель, новые процессы-читатели не получали доступа к ресурсу,а ожидали, когда процесс-писатель обновит данные. Однако, обратная сторона данногорешения в том, что оно несколько снижает производительность процессов-читателей, т.к.вынуждает их ждать в тот момент, когда ресурс не занят в эксклюзивном режиме.Данная задача иллюстрирует модель доступа к разделяемому ресурсу процессов,имеющих разные приоритеты.Задача о «спящем парикмахере».

Рассмотрим парикмахерскую, в которойработает один парикмахер, имеется одно кресло для стрижки и несколько кресел вприемной для посетителей, ожидающих своей очереди. Если в парикмахерской нетпосетителей, парикмахер засыпает прямо на своем рабочем месте. Появившийсяпосетитель должен его разбудить, в результате чего парикмахер приступает к работе. Еслив процессе стрижки появляются новые посетители, они должны либо подождать своейочереди, либо покинуть парикмахерскую, если в приемной нет свободного кресла дляожидания (т.е. это стратегия обслуживания с отказами). Задача состоит в том, чтобыкорректно запрограммировать поведение парикмахера и посетителей.Данная задача является иллюстрацией модели клиент-сервер с ограничением надлину очереди клиентов.Рассмотрим реализацию данной модели.

Понадобится 3 семафора: customers —подсчитывает количество посетителей, ожидающих в очереди, barbers — статуспарикмахера (0 - занят, 1 - свободен)1 и mutex — используется для синхронизации доступак разделяемой переменной waiting. Переменная waiting, как и семафор customers,содержит количество посетителей, ожидающих в очереди. Эта переменная используется впрограмме для того, чтобы иметь возможность проверить, имеется ли свободное креслодля ожидания, и при этом не заблокировать процесс, если кресла не окажется. Заметим,что как и в предыдущем примере, эта переменная является разделяемым ресурсом, идоступ к ней охраняется семафором mutex./* количество стульев в комнате ожидания */#define CHAIRS 5/* переопределение типа СЕМАФОР */typedef int semaphore;/* наличие посетителей, ожидающих парикмахера */semaphore customers = 0;/* количество парикмахеров, ожидающих посетителей (0 или 1)*/semaphore barbers = 0;/* семафор для доступа в критическую секцию - контроль задоступом к переменной waiting */semaphore mutex = 1;/* количество ожидающих посетителей */int waiting = 0;1В принципе возможно расширение задачи для случая N парикмахеров, в этом случае, снезначительными коррекциями программ, barbers – количество свободных парикмахеров.130/* Брадобрей */void Barber(void){while(TRUE){/* если customers == 0, т.е.

посетителей нет, тозаблокируемся до появления посетителя */down(&customers);down(&mutex); /* получаем доступ к waiting *//* уменьшаем кол-во ожидающих клиентов */waiting = waiting – 1;up(&barbers); /* парикмахер готов к работе */up(&mutex); /* освобождаем ресурс waiting */CutHair(); /* процесс стрижки */}}/* Посетитель */void Customer(void){down(&mutex); /* получаем доступ к waiting */if(waiting < CHAIRS) /* есть место для ожидания */{/* увеличиваем кол-во ожидающих клиентов */waiting = waiting + 1;/* если парикмахер спит, это его разбудит */up(&customers);up(&mutex); /* освобождаем ресурс waiting *//* если парикмахер занят, переходим в состояниеожидания, иначе – занимаем парикмахера */down(&barbers);/* занять место и перейти к стрижке */GetHaircut();}else{/*нет свободного кресла для ожидания – придется уйти */up(&mutex);}}Процесс-парикмахер сначала опускает семафор customers, уменьшив тем самымколичество ожидающих посетителей на 1.

Если в комнате ожидания никого нет, то он«засыпает» в своем кресле, пока не появится клиент, который его разбудит. Затемпарикмахер входит в критическую секцию, уменьшает счетчик ожидающих клиентов,поднимает семафор barbers, сигнализируя клиенту о своей готовности его обслужить, апотом выходит из критической секции. После описанных действий он начинает стричьволосы посетителю.Посетитель парикмахерской входит в критическую секцию.

Находясь в ней, онпроверяет, есть ли свободные места в зале ожидания. Если нет, то он просто уходит(покидает критическую секцию, поднимая семафор mutex). Иначе он увеличивает счетчикожидающих процессов и поднимает семафор customers. Если же этот посетитель является131единственным в данный момент клиентом брадобрея, то он этим действием разбудитбрадобрея. После этого посетитель выходит из критической секции и «захватывает»брадобрея (опуская семафор barbers). Если же этот семафор опущен, то клиент будетдожидаться, когда брадобрей его поднимет, известив тем самым, что готов к работе.

Вконце клиент обслуживается (GetHaircut).13233.1Реализация межпроцессноговзаимодействия в ОС UnixБазовыесредствапроцессов в ОС UnixреализациивзаимодействияСразу необходимо отметить, что во всех иллюстрациях организацийвзаимодействия процессов будем рассматривать полновесные процессы, т.е. те«классические» процессы, которые представляются в виде обрабатываемой в системепрограммы, обладающей эксклюзивными правами на оперативную память, а такжеправами на некоторые дополнительные ресурсы.Если посмотреть на проблемы взаимодействия процессов, то можно выделить двегруппы взаимодействия.

Первая группа — это взаимодействие процессов,функционирующих под управлением одной ОС на одной локальной ЭВМ. Вторая группавзаимодействия — это взаимодействие в пределах сети. В зависимости от того, к какойгруппе относится тот или иной механизм, он будет обладать соответствующимисвойствами и особенностями.Рассмотрим взаимодействие в рамках локальной ЭВМ (под управлением однойОС). Прежде всего, возникает общая для обеих упомянутых групп проблема именованиявзаимодействующих процессов, которая заключается в ответе на вопрос, как, т.е.посредством каких механизмов, взаимодействующие процессы смогут «найти другдруга».

В рамках взаимодействия под управлением одной ОС можно выделить двеосновные группы решений данной задачи (Рис. 95).Взаимодействие процессовВзаимодействие в рамкахлокальной ЭВМ (одной ОС)родственныепроцессынеименованныеканалыВзаимодействие в рамкахсетисокетыпроизвольныепроцессыименованныеканалыMPIсигналытрассировкаIPCсокетыРис. 95. Способы организации взаимодействия процессов.Первая группа решений основана на взаимодействии родственных процессов.При взаимодействии родственных процессов, т.е. процессов, связанных некоторойиерархией родства, ОС обычно предоставляет возможность наследования сыновнимипроцессами некоторых характеристик родительских процессов.

Характеристики

Список файлов лекций