slides 12 mutex

8/3/2019 Slides 12 Mutex

1/54

Budapesti Mszaki s Gazdasgtudomnyi Egyetem

Mrstechnika s Informcis Rendszerek Tanszk

Feladatok (task) egyttmkdse

dr. Kovcshzy Tams5. anyagrsz,

Klcsns kizrs, szinkronizci, kommunikci

Opercis rendszerek (vimia219)


2/54

BME-MIT 2011, Minden jog fenntartva 2. lap

Feladatok egyttmkdse

Krdsek:

o Erforrsok hasznlata, kzs erforrsok?o Feladatok kommunikcija?

o Feladatok szinkronizcija?

o Architektra fgg krdsek? Mit s hogyan hasznlunk a feladatok megoldsra?


3/54


Prhuzamos vgrehajthatsg

Bernstein felttele:

o Pi s Pj kt darabja egyprogramnak.

o Pi sszes bemenetivltozja Ii, s az sszes

kimeneti vltozja Oi,ugyan ez Pj-re Ij s Oj.

o A kt programprhuzamosanvgrehajthat (vagyisfggetlen):

0

0

0

OjOi

OjIi

OiIj


4/54


Egyttmkds lehetsgei

Kzs memrin keresztl (RAM v. PRAM modell):

o Szlak esetn (kzs memria).

zenetekkel:

o Rszletesen beszlnk rla ksbb.


5/54


RAM modell

Klasszikus Random Access Memory (egy

vgrehajt egysg). RAM-modell szerint mkdik, azaz:

o Trolrekeszekbl ll,

o

Egy dimenziban, rekeszenknt cmezhet, csakrekeszenknt, rs s olvass mveletekkel rhet el,

o Az rs a teljes rekesztartalmat fellrja az elztartalomtl fggetlen j rtkkel,

o Az olvass nem vltoztatja meg a rekesz tartalmt,teht tetszleges szm, egymst kvet olvass azolvassokat megelzen utoljra bert rtket adjavissza.


6/54


PRAM modell

Parallel Random Access Memory (sok vgrehajt egysg).

Tbb vgrehajt egysg rhatja s olvashatjaprhuzamosan.

Vltozsok a RAM modellhez kpest:o Az olvass-olvass tkzsekor mindkt olvass ugyanazt az

eredmnyt adja, s ez megegyezik a rekesz tartalmval,o Az olvass-rs tkzsekor a rekesz tartalma fellrdik a berni

szndkozott adattal, az olvass eredmnye vagy a rekesz rgi,vagy az j tartalma lesz (versenyhelyzet), ms rtk nem lehet,

o Az rs-rs tkzsekor valamelyik mvelet hatsa rvnyesl, akt berni szndkozott rtk valamelyike rja fell a rekesztartalmt (versenyhelyzet), harmadik rtk nem alakulhat ki.

A gyakorlatban ezt hasznljuk


7/54 BME-MIT 2011, Minden jog fenntartva 7. lap

Erforrs

Erforrs (resource)

oMinden olyan eszkz, amire a prhuzamos programnakfutsa kzben szksge van.

o A legfontosabb erforrs a vgrehajt egysg.

o

Memria s annak tartalma (trolt adatstruktrk).o Perifrik.

o Stb.



Kzs erforrs Kzs erforrs (shared resource)

o Egy idintervallumban tbb, prhuzamosan fut feladatnak lehetr szksge.

o Az erforrson osztoznak a feladatok.

o Tbbnyire egy idben egy vagy maximum megadott szmfeladat tudja helyesen hasznlni (rs s olvass).

Egy felhasznl: Printer, Asszinkron soros port (UART), sszetettadattpusokbl ltrehozott vltozk (string, tmb, struktra, objektum).

Tbb prhuzamos felhasznl: SCSI vagy SATA NCQ HDD (N parancsoptimalizlt prhuzamos vgrehajtsra kpesek).

o A rendszerterveznek s programoznak a legfontosabb

feladata, hogy felismerje a kzs erforrsokat, s biztostsaazok helyes hasznlatt.

o Az OS szolgltatsokat nyjt a problma megoldsra, de amegolds a programoz kezben van!



Plda

sszetett adattpus:o

C struktra vagy tmb tpusvltoz.

Kzs erforrs, ha tbbrszfeladat hasznlja:o

Task1 rja.o Task2 olvassa.

o Task1 fut elszr.

o Task2 futtatsra vlt a rendszer ars kzben (pl. preemptv arendszer).

o Inkonzisztens llapotban olvassa kia vltozt Task2.

o Slyos hiba!

C struct

TASK1TASK1TASK2TASK2TASK2



A problma megoldsa Klcsns kizrs (mutual exclusion)

o Annak biztostsa, hogy a kzs erforrst egy idben csak annyi

magban szekvencilis feladat hasznlja, amely mellett a helyesmkdse garantlhat.

o A klcsns kizrst meg kell oldanunk a programban.o Tbbnyire a hasznlt erforrst lock-oljuk (elzrjuk).

Nem engedjk hozzfrni a tbbi rszfeladatot.

A krds az, hogy azt hogyan tudjuk megoldani, s milyen rszletessggelkell megoldanunk azt.

Kritikus szakasz (critical section)o A magban szekvencilis feladatok azon kdrszletei, amely sorn

a klcsns kizrst egy bizonyos kzs erforrsra biztostjuk.o A kritikus szakasz a krdses kzs erforrshoz tartozik.o A kritikus szakaszt a hozz tartoz erforrsra atomi mveletknt

(nem megszakthat mdon) kell vgrehajtanunk.



Szemlltets

Task 1 Task 2

Resource A

1 felhasznl

Task 1 kritikusszakasza A-ra

Task 2 kritikus

szakasza A-ra



Atomi mvelet Atomi mvelet (atomic operation)

o Nem megszakthat mvelet, amelyet a processzoregyetlen utastsknt hajt vgre.

o Egyprocesszoros rendszerben brmilyen mveletsoratomiv tehet a mveletsor elejn az IT teljestiltsval, majd a mveletsor vgn annak

engedlyezsvel.o TAS, RMW, specilis CPU utastsok az IT

tilts/engedlyezs elkerlsre. Test and Set, Read-Modify-Write, stb.

Elemi adattpusra (8/16/32/64 bit). A modern processzoroknak vannak ilyen utastsai.

o A kzs erforrsok lock-olst, a kritikus szakaszmegvalstst atomi mveletekre vezetjk vissza.



Kzs erforrsok vdelme

Mik frhetnek hozz a kzs erforrsokhoz?o ISR (Interrupt service routine).o Feladat (folyamat vagy szl).o DMA.

Lehetsgek:o IT tiltsa s engedlyezse. (specilis esetben lehetsges).o temez tiltsa s engedlyezse. (specilis esetben

lehetsges).o Locking (erforrs specifikus lefoglals majd felolds).

Ms, kutatsi fzisban lv megoldsok:

o Software/hardware transactional memory (STM/HTM).o Software-isolated processes (MS Singularity).

A lock megolds sokak szerint nem j, de jobb mint brmieddig hasznlt megolds, vagyis ez az elfogadottmegolds.



Kzs erforrsok vdelme

Mik frhetnek hozz a kzs erforrsokhoz?o ISR (Interrupt service routine).o Feladat (folyamat vagy szl).o DMA.

Lehetsgek:o IT tiltsa s engedlyezse. (specilis esetben lehetsges).o temez tiltsa s engedlyezse. (specilis esetben

lehetsges).o Locking (erforrs specifikus lefoglals majd felolds).

Ms, kutatsi fzisban lv megoldsok:

o Software/hardware transactional memory (STM/HTM).o Software-isolated processes (MS Singularity).

A lock megolds sokak szerint nem j, de jobb mint brmieddig hasznlt megolds, vagyis ez az elfogadottmegolds. Ismers helyzet

Democracy is the worstform of Government exceptall those other forms that

have been tried from time totime.

Sir Winston Churchill



jrahvhatsg (reentrancy) A kzs erforrs problmjnak egyfajta kiterjesztett esete egy

fggvnyen/objektumon bell is fellphet, amennyiben ezt a

fggvnyt (metdust) egyszerre tbben is meghvhatjk. Hogyan fordulhat ez el?

o Ugyanazt a fggvnyt hvjuk egy taszkbl is s egy megszakts rutinbl is.

o Az temezs preemptv, s ugyanazt a fggvnyt hvjuk kt taszkbl is.

Az jrahvhatsg felttelei:o Hossz lista...

o Azt kell vizsglni, hogy az jrahvott fggvny/metdusban hasznlt vltozk,perifrik, fggvnyek/metdusok, stb. kzs erforrsnak minslnek, sha azok, akkor azokat kzs erforrsknt megfelelen kezeli-e a fggvny?

Pldk:o PC BIOS hvsok nem jrahvhatak!

o Preemptv opercis rendszer API fggvnyei mindig jrahvhatak.

o Egyb programknyvtrak?


16/54


Vrakozs kzs erforrsra

A ms feladat ltal hasznlt kzs erforrsra is esemnyrevrakozik llapotban vrakozik a feladat.

Az OS nyjt a kzs erforrsok vdelmre szolgltatsokat.

Futsra ksz(Ready) Fut(Run)

Esemnyrevrakozik(Waiting)

Ltrejn Befejezdik

CPU-t kap

Lemond vagyelveszik a CPU-t

Rendszerhvseredmnyekppenvrakoz llapotbakerl

A vrt esemnybekvetkezik


17/54


Lock-ols s az temez, szabad erforrs

A kzs erforrst hasznlni kvn feladat meg

prblja szerezni az erforrst egy OS hvssal.o Az erforrs szabad (nem hasznlt):

Az erforrst az OS lefoglalja a feladat szmra.

Visszatr a feladathoz, vagyis az fut vagy futsra kszllapotba kerl (az OS-tl fgg), majd CPU megkapsa utn ahvsbl visszatrve fut tovbb.

o Hasznlja az erforrst.

o A hasznlat vgn felszabadtja azt egy OS hvssal. Lsd kvetkez flia.


18/54


Lock-ols s az temez, foglalt erforrs

A kzs erforrst hasznlni kvn feladat meg

prblja szerezni az erforrst egy OS hvssal.o Az erforrs foglalt (hasznlatban van):

A feladat az adott erforrsra vr feladatok vrakozsisorba, esemnyre vr llapotba kerl.

Fut az temez a kvetkez fut feladat kivlasztsra.o Ha egy msik feladat ksbb felszabadtja az

erforrst: Fut ismt az temez, s kivlasztja az erforrsra vr

feladatok kzl valamelyiket (pl. FIFO esetn a legrgebbenvrakozt).

Annak szmra lefoglalja az erforrst.

Majd futsra ksz llapotba helyezi azt.


19/54


Rszletessg

A lock-ols rszletessge (Fine or course grained locking)

o A klcsns kizrs megvalstsa erforrs hasznlattal jr(CPU), minimalizlni kell a hasznlatt.

Tl sok rendszerhvs jelents overhead-del jr.

o Viszont a tl nagy egysgekben vgzett klcsns kizrs is

erforrs pazarlssal jr. A rendszerben nehezebb futsra ksz rszfeladatot tallni.

o Pl. Perifria egy buszon (flvezet hmr I2C buszon) Mkds: mrs indts, 200ms mrsi id, mrsi eredmny kiolvassa.

A teljes mrs idejre megvalstott klcsns kizrs a buszra: Hosszideig nem rhet el a busz ms clra sem.

A mrs indtsra s a mrsi eredmny kiolvassra kln-klnvalstsuk meg a klcsns kizrst a buszon: Sok OS hvs, mivel aklcsns kizrs OS hvst jelent.


20/54


Hibk 1.

Versenyhelyzet (race condition):

o A prhuzamos program lefutsa sorn a kzs erforrshelytelen hasznlata miatt a kzs erforrs vagy az azthasznl program nem megfelel (hibs) llapotba kerl.

o Ilyen volt a korbbi sszetett adattpusos plda.

o A hibs llapot rszletei ersen fggenek azt hasznlszekvencilis rszfeladatok lefutsi sorrendjtl.

Kiheztets (starvation):

o Ha a prhuzamos rendszer hibs mkdse miatt egy feladat

soha nem jut hozz a mkdshez szksges erforrsokhoz,akkor ki van heztetve (nem tud futni).

o Nem csak a CPU-ra, de ms kzs erforrsokra is felmerlhet.


21/54


Hibk 2.

Holtpont:

oA kzs erforrsok hibs belltsa vagy hasznlatamiatt a rendszerben a rszfeladatok egymsravrnak.

oNincs futsra ksz folyamat.

oNem jhet ltre bels esemny.oA rendszer nem tud elrelpni.

Livelock:o Plda: Kt kedves ember sszetallkozik az ajtban.o Tbbnyire a hibs holtpont felolds eredmnye.oA rendszer folyamatosan dolgozik, de nem lp elre.


22/54


Hibk 3. Priorits inverzi

Priorits inverzi (priority inversion):

o Prioritsos temezkben fordulhat el, de az erforrshasznlattal is sszefgg.

o A legegyszerbb esetnek elfordulshoz kell:

3 feladat, klnbz statikus prioritssal,

Egy kzs erforrs, amelyet a 3 feladat kzl a legmagasabb s alegalacsonyabb is hasznlni kvn.

A kzepes priorits feladatnak CPU intenzvnek kell lennie.

o Kedvezbb esetben csak a rendszer teljestmnye cskkent, avlaszidk nnek. Vals idej rendszer????

o Rosszabb esetben kiheztets, vagy akr holtpont is lehet apriorits inverzi eredmnye.

o Klasszikus plda: Mars Pathfinder 1997...


23/54


Priorits inverzi plda 1.

Lpsek sorozata:o

Task3 magas priorits feladat valamilyen esemnyre vr (denem A erforrs felszabadulsra). Pl. B erforrsra

Task3

Task2

Task1

Resource A Resource B

T3 vr B-re

Task fut


24/54



Lpsek sorozata:o

Task1 alacsony priorits feladat fut, s megszerzi az Aerforrst, s azt hasznlva fut tovbb.

Task3

Task2

Task1


T3 vr B-reT1 megkapja B-t

ld


25/54



Lpsek sorozata:o

Task3 magas priorits feladat ltal vrt esemny megrkezik (Bfelszabadul), futni kezd (preemptv temezs).

Task3

Task2

Task1


T3 felszabadulT1 megkapja B-t

ld


26/54



Lpsek sorozata:o

Task3 fut, majd hasznlni kvnja az A erforrst. Mivel A foglalt,ezrt vrakozni kezd (lnyegben T1-re vr).

Task3

Task2

Task1


T1 megkapja B-t T3 A-ra vr

i i i i ld


27/54



Lpsek sorozata:o

Task1 ismt tud futni (nincs magasabb priorits feladat),hasznlja A-t.

Task3

Task2

Task1



P i i i i ld 6


28/54



Lpsek sorozata:o

Task2 kzepes priorits feladat futsra ksz llapotba kerl, smivel magasabb priorits, fut llapotba kerl, s hossz (akrvgtelen) ideig CPU intenzv feladatokat hajt vgre (I/O burstnlkl).

Task3

Task2

Task1



P i i i i ld 7


29/54



Eredmny:

o Task3 nem tud tovbblpni, hiszen esemnyre vr (A erforrsfelszabadulsra).

o Task1 nem tud tovbblpni, hiszen CPU-ra vr.

o Task2 (TaskX) nem foglalkozik az A erforrssal, s amg

intenzven hasznlja/hasznljk a CPU-t: Task1 nem tudja befejezni a munkjt s felszabadtani az A erforrst.

Amg A erforrs nem szabadul fel, Task3 nem tud futni, s vgrehajtania magas priorits feladatt.

Task3 magas priorits feladatot alacsonyabb prioritsaknem hagynak futni..., ,,

Ez egy egyszer eset, ennl sszetettebb mdon iselllhat ez a helyzet!

M ld


30/54


Megolds

Priorits rkls (Priority inheritance, PI):o

Az alacsony priorits feladat megrkli az ltala klcsnskizrssal feltartott feladat prioritst a kritikus szakaszbl valkilpsig.

o Csak rszben oldja meg a problmt.

Priorits plafon (Priority ceiling, PC):o Majdnem ugyan az, de az adott kzs erforrst hasznl

legnagyobb priorits feladat prioritst rkli meg (ami lehetnagyobb mint az ppen feltartott feladat).

o Az adott erforrst mskor hasznl tbbi feladat sem tud futni

(ha esetleg azok is CPU intenzvv vlnak).o Az alacsony priorits feladat akadlyoztats nlkl le tud futni.

Modern begyazott OS-ekben vlaszthatak...o None, PI, PC (ha preemptv temezt vlasztunk)

M ld


31/54


Megolds Priorits rkls (Priority inheritance):

o Az alacsony priorits rszfeladat megrkli az ltala klcsnskizrssal feltartott rszfeladat prioritst a kritikus szakaszblval kilpsig.

o Csak rszben oldja meg a problmt.

Priorits plafon (Priority ceiling):

o Majdnem ugyan az, de az adott kzs erforrst hasznllegnagyobb priorits rszfeladat prioritst rkli meg (amilehet nagyobb mint az ppen feltartott rszfeladat).

o Az adott erforrst mskor hasznl tbbi rszfeladat sem tudfutni (ha esetleg azok is CPU intenzvv vlnak).

o Az alacsony priorits rszfeladat akadlyoztats nlkl le tudfutni.

Modern begyazott OS-ekben vlaszthatak...o None, PI, PC (ha preemptv temezt vlasztunk)

gy javtottk meg a Mars Pathfinder-t is. Lnyegben a prioritsrklst belltottk , s jrafordtottk az OS-t, aztn letltttk apatch-et (diff) MARS-on lv HW-ba...

Mirt nem hasznltk egybl? : Nem tudtk hogy van ilyen jelensg, a

VxWorks-ben meg nem ez volt a default (overhead-je nagyobb).Mirt nem fedeztk fel tesztels kzben? : Mert soha nem teszteltekvalshoz hasonl terhelsi krlmnyek kztt. A teljes adatgyjts

soha nem ment a fldn, csak rszrendszerek (gratullok).

P i it I i tbl


32/54


Priorits Inverzi ms szempontbl

Sokak szerint a priorits inverzi alapveten egy

rendszertervezsi hiba eredmnye:o Nem specilis protokollokkal (PI, PC) kell megoldani,

hanem jl meg kell tervezni a rendszert (prioritsokkiosztsa, klcsns kizrs, klcsns kizrsidtartama, stb.).

o "Against Priority Inheritance" by Victor Yodaiken

A RTLinux kitallja s f fejlesztje

http://www.linuxdevices.com/articles/AT7168794919.html

H l k l k


33/54


Hogyan lock-olunk

Passzv vrakozs az OS szolgltatsainak

felhasznlsval. Aktv vrakozs.

L k f l ld k


34/54


Lock feloldsra vrakozs passzvan Sleeplock, blocking call, etc.

o temez ltal karbantartott vrakozsi sorok (beszltnk rla).

Ha az erforrs nem lock-olt.

Megkapja az erforrst a feladat lezrva s fut tovbb.

Ha az erforrs lock-olt.

A feladat megy az erforrshoz tartoz vrakozsi sorba, a futsra ksz

feladatok kzl egy fut llapotba kerl. Ha az erforrs felszabadul, akkor az erforrshoz tartoz sor elejn ll

megkapja az erforrst lezrva, s futsra ksz llapotba kerl.

o Erforrs-takarkos, de van overhead-je. OS fut, temezs s kontextus vlts.

o Utna csak futsra ksz sorba kerl a rszfeladat, pontos idztsnehezen megoldhat (a futs kezdete rdekes). Als korltot ad.

o A processzor aludhat, ha nincs feladat: Aztn HW IT-re felbred (bels esemny nem trtnhet).

L k f l ld k kt


35/54


Lock feloldsra vrakozs aktvan Livelock, spinlock, busy wait, spinning:

o Aktv vrakozs az erforrs felszabadulsra s megszerzsre

(CPU erforrs pazarls). Ha aktvan vr egy rszfeladat, akkor a tbbi rszfeladat hogyan tudja

elidzni a vrakozst megszntet vltozst (esemnyt) a rendszerben?

Nem tudnak futni, az aktvan vrakoz fut!

Kls HW megszakts s/vagy tbb CPU esetn ez nem problma.o Fogyaszts is n, hiszen a CPU folyamatosan fut, nem tud aludni

(ha nincs ppen feladat).

o Compiler optimalizci kiszedheti/eltvolthatja a kdot.

o Fgg a CPU sebessgtl (ha adott idt akarunk vrni): A kd hordozhatsga rossz. Az temez befolysolja, als korlt csak.

Mrjk meg : Linux Bogomips : "bogus" MIPS.

Mi van, ha a CPU vltoztatja az rajelt?

Akk h k k?


36/54


Akkor hogyan vrakozzunk? Rvididej vrakozshoz a spinlock elkerlhetetlen:

o Garantltan rvid idejklcsns kizrsi problmk kezelsre.

o Perifria kezels sorn, kb. n* 1s vagy az alatti idtartam idztsre. HW Timer is hasznlhat adott idtartam vrakozsra, br

tbbnyire limitlt szm Timer perifria van a MCU-ban.o IT overhead megjelenik.

o Az IT ksleltetsnl csak legalbb egy nagysgrenddel nagyobb vrakozs

indokolhat az overhead miatt.o Ez kombinlhat az aktv vrakozssal (kevsb aktv vrakozs).

Nehz j kompromisszumot tallni. Sleeplock (temez) Dediklt Timer IT spinlock ?

A pontos hatrok sok szemponttl fggenek.

Az temez nem hasznl a feladatok temezse sorn spinlockjelleg hvsokat (egyrtelmen sleeplock alap).

Maga az OS kernel viszont gyakran hasznlhat (Pl. SMP Linux).

Rokon problma Adott idej vrakozs


37/54


Rokon problma: Adott idej vrakozs

Milyen pontos az OS SW timer?o pl. delay(N), ahol N a vrakozs idtartama ms vagy s-ban.o Hvs s futsra ksz llapotba kerls kztt eltelt idnek a

fels korltjt adja meg tbbnyire. Ezek utn az temeztl fgg a tnyleges vrakozs ideje. Ebben az

rtelemben als korlt.

o Az OS rendszerra ratsnek a felbontsval dolgozik.o Plda: 10 ms-es rats, 40 ms vrakozs

Timerats

delay (40)

3.9 ts

taskDelay (40)

3.1 ts

Rokon problma: Idmrs


38/54


Rokon problma: Idmrs

Ha az OS timer felbontsa nem elg (1-10-20ms).

Idintervallum mrs kt esemny kztt:o Szabadon fut Timer perifria rtknek lekrdezse, s

klnbsg kpzs. Felbonts programozhat.

Tlcsorduls esetn IT.

o Timestamp counter (pl. Pentium Timestamp Counter): A nagyobb processzorokon megtallhat.

Adott felbonts (CPUclk, vagy CPUclk/2n).

Pl. 64-bit regiszter az x86-os CPU-kon a Pentium csald megjelense ta.

Tlcsorduls nem kerl jelzsre, kis valsznsggel trtnik meg a nagy

bitszm miatt (4 GHz CPU esetn 53375.99 nap, 145.8 szkv)

o Esemnyek kztti id, stb. mrhet vele.

o Idmrs tbbprocesszoros/elosztott rendszerben? Ne menjnk bele, kln trgy lenne (nyitott kutatsi tma)

Eszkzk RAM/PRAM modell esetn


39/54


Eszkzk RAM/PRAM modell esetn

Klcsns kizrs megoldsra:

o Lock bit,o Szemafor,

o Kritikus szakasz objektum,

o Mutex,

o Stb. (minden OS-ben megvan a megolds).

Minden OS-ban hasonl eszkzket fogunk tallni.

o Persze kicsit ms lesz a nevk s mkdsk, lesznek klnbzverzik, stb., a dokumentci olvassa nem kerlhet el

Tipikus hibk kivdsre s a klcsns kizrsi problmamegoldsra:

o Monitor.

Lock bit


40/54


Lock bit Legegyszerbb forma.

o A vdend erforrshoz tartozik egy logikai vltoz (Boolean).

Lock bit jelentse:o Lock bit FALSE nem hasznlt az erforrs.o Lock bit TRUE hasznlt az erforrs.

Belps mvelet:o Tesztels, ha

Lock bit == FALSE Lock bit = TRUE Megynk tovbb (belpnk a kritikus szakaszba)

Lock bit == TRUE

Aktv vrakozs, amg nem lesz FALSE Kilps mvelet:

o Lock bit = FALSE

Atomi utastsok


41/54


Atomi utastsok

A lock bit alkalmazsa sorn egy slyos hiba jelenhet

meg:o IT a lock bit tesztelse sorn:

A kvetkez utasts mr nem fog lefutni (az ISR-re kerl a vezrls),vagyis a kritikus szakaszba lpst nem jelezzk, pedig mr abbanvagyunk.

Az IT-ben vagy az utna fut ms rszfeladatokban az erforrsszabadnak ltszik.

A vdett erforrs inkonzisztens llapotba kerlhet.

Megolds:

o IT tilts a teszt eltt, IT engedlyezs a bellts utn (egy CPUesetn).

o Test and Set (TAS), vagy hasonl atomikus gpi utasts.

Szemafor (Semaphore)


42/54


Szemafor (Semaphore)

Az els binris

szemaforklcsns kizrsi

problmkmegoldsra

Szemafor


43/54


Szemafor (EWD tlete, 60-as vek) Binris s counter tpus szemafor

o Binris: egy feladat a kritikus szakaszban.o Counter tpus: tbb feladat a kritikus szakaszban, vagy N

darabos erforrs kszletbl M darab lefoglalsa.

OS hvs, a binris szemafor egy magas szint lock bit.o Implementcitl fggen:

Aktvan vrhat (ma mr nem jellemz). Vrakoz llapotba helyezi a rszfeladatot.

E.W. Dijkstra (EWD 1036?) tallta ki a 60-as vek kzepn. Kt mvelet rtelmezett rajta:

o Belps: P(), Wait(), Pend(), o Kilps: V(), Signal(), Post(), o Sokfle elnevezs, a P()-rl vita van, hogy mit is jelent, a V() a

holland kilps szbl ered.

Pldakd


44/54


Pldakd...P() {

while (value


45/54


Szemafor (EWD tlete, 60-as vek) A counter tpus esetn a belps s kilps lehet egy

szmmal paramterezett (hny egysg lp be vagy ki).

Ha 1-nl tbb erforrsra van szksgnk, akkor azokatvagy egyben mind megkapjuk, vagy a tredkeket nemfoglaljuk le (ms feladatnak szksge lehet rjuk).o Ezrt paramterezhet ebben az esetben a belps s a kilps

a szksges erforrsok szmval.o Az egyenknt (pl. for ciklussal lefoglalva ket) N darab erforrs

lefoglalsa knnyen versenyhelyzethez, vagy akr holtponthozvezethet.

Kritikus szakasz objektum s Mutex


46/54


Kritikus szakasz objektum s Mutex

Lnyegben binris szemafor szeren mkdnek.

Kritikus szakasz objektum.o Hasznlata:

Ltre kell hozni a CriticalSection objektumot.

Enter() metdussal lpnk be a kritikus szakaszba.

Blokkol (sleeplock), ha mr valaki benne van a kritikus szakaszban. Leave() metdussal lpnk ki a kritikus szakaszbl.

Ha szksges a CriticalSection objektum megszntethet.

Mutex: Mutual Exclusion rvidtse.o Hasznlata:

Acquire()/WaitOne() fggvny vagy metdus.

Release() fggvny vagy metdus.

Mirt lock olunk mg?


47/54


Mirt lock-olunk mg? Klcsns kizrst lezrtuk. Rszfeladatok kztti szinkronizci visszavezetse

klcsns kizrsra:o Nincs vdend objektum igazbl, rszfeladatok

egyttmkdse a cl.

Pl. Randev (rendezvous).o Kt vagy tbb feladat sszehangolt vgrehajtsao Pl. a Coroutine-nl megvalstott termel-fogyaszt problma

megoldhat 2 binris szemaforral is.o Ebben az esetben az opercis rendszer ltal nyjtott

szolgltatsokat hasznlunk, s a feladatok passzvan vrnak

egymsra.o A szemaforok alapesetben foglaltknt vannak inicializlva ebben

az esetben.

Memrin keresztl trtn kommunikci.o A kommunikcira hasznlt memria kzs erforrs.

Ktoldal randev binris szemaforral


48/54


Ktoldal randev binris szemaforralKtoldal randev szemaforral, B s R foglaltknt inicializlva

(bilateral rendezvous)

.

.

.P (sem_B)

Task 1 Task 2 ......

V (sem_B)..

P (sem_R)

P (sem_B)....

.V (sem_R)

.

.

.

P (sem_R)...

Kommunikci: Vdett memriaterlet


49/54


Kommunikci: Vdett memriaterlet

Szlak kztti kommunikci sorn:

o Folyamatok gy nem tudnak kommuniklni (MMU).o A UNIX SystemV shared memory nem valdi osztott

memria, valjban OS szolgltats! Folyamatok kztti kommunikcit tesz lehetv.

Tmb, Struktra, Objektum. Egy vagy ktirny kommunikci

o Egyirny: A kld rja, a vev/vevk kiolvassk belle.

o Ktirny: Minden fl rja s olvassa. A klcsns kizrst lock-bit, szemafor, mutex,

kritikus szakasz objektum, stb. oldja meg.

Lock-ols sorn elkvetett tipikus hibk


50/54


Lock-ols sorn elkvetett tipikus hibk

Belps/Kilps elmaradsa.

Tbbszri be- vagy kilps. Ms erforrs lefoglalsa.

Az erforrs indokolatlanul hosszan trtn

lezrsa.oMinimlis idre kell trekedni.

Priorits inverzi.

o Foglalkoztunk vele.

Deadlock s livelock.

o Kln foglalkozunk vele.

Monitor (hibk elkerlsre)


51/54


Monitor (hibk elkerlsre)

Lokalizljuk a lock-olssal kapcsolatos feladatokata kzs erforrst krlvev API-valo A lock-ols nem sztszrva trtnik a programban,

hanem egyetlen, a kzs erforrshoz szorosan tartozprogramrszletben.

o A megvalsts lehet automatikus, pldul nyelvi

szinten (pl. JAVA, C#). A compiler valstja meg a klcsns kizrst biztost

konstrukcikat (pl. szemafor vagy mutex tnylegesalkalmazsval).

o

Kzzel is kszthetnk hasonl konstrukcit, pl. egyvdett objektumot hozhatunk ltre, amely a nyilvnosmetdusaiban elvgzi a lock-olst, s elrejti a kzserforrst.

Monitor fejldse


52/54


Monitor fejldse

Hoare s Mesa szemantika

(mkds/jelents).oCharles Antony Richard Hoare.

tlet s rszletes elmleti alapokkidolgozsa.

oMesa programozsi nyelv.

Xerox PARC (Ethernet, grafikus fellet,lzerprinter, stb.).



53/54



Hoare szemantika:o Azonnal az erforrst megszerz rszfeladat fut.

Erforrs ignyes s nehz megvalstani.

Nem kompatibilis a preemptv temezkkel.

Mesa szematika:o A futsra ksz rszfeladatok kz kerl, s ksbb az temez

futtatja.o Vannak vele gondok, de azok megoldhatak (most nem

megynk bele).

o "notifyAll" vagy "broadcast" zenetek kldse is lehetsges.

Minden adott esemnyre vr futsra ksz llapotba kerl.

JAVA plda


54/54

JAVA plda A synchronized blokk

synchronized (object) {

// az adott object-re biztostva van

// a klcsns kizrs a blokkon bell

}

A synchronized kulcssz

synchronized void myMethod() {

// A metdushoz tartoz objektumra// biztost klcsns kizrst

}

C# esetn : lock block hasonl

slides 12 mutex

Documents