Proces Synchronisering: Kritisk sektionsproblem i OS

Hvad er proces Synchronisering?

Proces Synchronisering er opgaven med at koordinere udførelsen af ​​processer på en måde, så ikke to processer kan få adgang til de samme fælles data og ressourcer.

Det er især nødvendigt i et system med flere processer, når flere processer kører sammen, og mere end én proces forsøger at få adgang til den samme delte ressource eller data på samme tid.

Dette kan føre til inkonsistens i delte data. Så den ændring, der foretages af én proces, afspejles ikke nødvendigvis, når andre processer tilgår de samme delte data. For at undgå denne type inkonsistens i data skal processerne synkroniseres med hinanden.

Hvordan proces SyncHronisering virker?

For eksempel ændrer proces A dataene i en hukommelsesplacering, mens en anden proces B forsøger at læse dataene fra samme hukommelsesplacering. Der er stor sandsynlighed for, at data læst af den anden proces vil være forkerte.

Afsnit af et program

Her er fire væsentlige elementer i den kritiske sektion:

• Indgangssektion: Det er en del af processen, der bestemmer indgangen til en bestemt proces.
• Kritisk sektion: Denne del tillader én proces at indtaste og ændre den delte variabel.
• Afslut sektion: Afslutningssektionen tillader andre processer, der venter i indgangssektionen, at komme ind i den kritiske sektion. Den kontrollerer også, om en proces, der har afsluttet sin udførelse, skal fjernes via denne sektion.
• Resten sektion: Alle andre dele af Code, som ikke er i den kritiske sektion, indgangs- og udgangssektionen, er kendt som restsektionen.

Hvad er et kritisk sektionsproblem?

En kritisk sektion er et kodesegment, som en enkelt proces kan tilgå på et bestemt tidspunkt. Sektionen består af delte dataressourcer, som andre processer skal have adgang til.

• Indgangen til den kritiske sektion håndteres af wait()-funktionen, og den er repræsenteret som P().
• Udgangen fra en kritisk sektion styres af signal()-funktionen, repræsenteret som V().

I det kritiske afsnit kan kun en enkelt proces udføres. Andre processer, der venter på at udføre deres kritiske sektion, skal vente, indtil den aktuelle proces fuldfører sin eksekvering.

Regler for Kritisk Sektion

Den kritiske sektion skal håndhæve alle tre regler:

• Gensidig udelukkelse: Gensidig udelukkelse er en speciel type binær semafor, som bruges til at kontrollere adgangen til den delte ressource. Det inkluderer en prioritetsarvsmekanisme for at undgå problemer med udvidet prioritetsinversion. Ikke mere end én proces kan udføres i dens kritiske sektion ad gangen.
• fremskridt: Denne løsning bruges, når ingen er i den kritiske sektion, og nogen ønsker at komme ind. Så bør de processer, der ikke er i deres restsektion, beslutte, hvem der skal gå ind, inden for en begrænset tid.
• Bundne venter: Når en proces anmoder om at komme ind i den kritiske sektion, er der en specifik grænse for antallet af processer, der kan komme ind i deres kritiske sektion. Så når grænsen er nået, skal systemet tillade anmodningen til processen om at komme ind i dens kritiske sektion.

Løsninger til det kritiske afsnit

Under behandling SyncVed kronisering spiller den kritiske sektion hovedrollen, så problemet skal løses.

Her er nogle udbredte metoder til at løse det kritiske afsnitsproblem.

Peterson løsning

Petersons løsning er en udbredt løsning på kritiske sektionsproblemer. Denne algoritme blev udviklet af en datalog ved navn Peterson, hvilket er grunden til, at den kaldes Petersons løsning.

I denne løsning, når en proces udføres i en kritisk tilstand, udfører den anden proces kun resten af ​​koden, og det modsatte kan ske. Denne metode hjælper også med at sikre, at kun en enkelt proces kører i den kritiske sektion på et bestemt tidspunkt.

Eksempel

PROCESS Pi
FLAG[i] = true
while( (turn != i) AND (CS is !free) ){ wait;
}
CRITICAL SECTION FLAG[i] = false
turn = j; //choose another process to go to CS

• Antag, at der er N processer (P1, P2, ... PN), og at hver proces på et tidspunkt skal indtræde i den kritiske sektion.
• Et FLAG[] array af størrelse N opretholdes, hvilket som standard er falsk. Så når en proces kræver at gå ind i den kritiske sektion, skal den sætte sit flag som sandt. Hvis Pi for eksempel vil gå ind, vil den sætte FLAG[i]=SAND.
• En anden variabel kaldet TURN angiver det procesnummer, der i øjeblikket venter på at blive indtastet i CS.
• Processen, der går ind i den kritiske sektion, mens den afsluttes, vil ændre TURN til et andet nummer fra listen over klar-processer.
• Eksempel: tur er 2, så går P2 ind i den kritiske sektion, og mens man forlader tur = 3, bryder P3 derfor ud af venteløkken.

Synchronisering Hardware

Nogle gange løses problemerne i den kritiske sektion også af hardware. Nogle operativsystemer tilbyder en låsefunktion, hvor en proces får en lås, når den går ind i den kritiske sektion, og frigiver låsen, når den forlader den.

Så når en anden proces forsøger at komme ind i den kritiske sektion, vil den ikke være i stand til at komme ind, da den er låst. Det kan den kun, hvis den er gratis ved at anskaffe sig selve låsen.

Mutex låse

SyncChronisering af hardware er ikke en simpel metode at implementere for alle, så en streng softwaremetode kendt som Mutex Locks blev også introduceret.

I denne tilgang, i indgangssektionen af ​​koden, opnås en LÅS over de kritiske ressourcer, der bruges inde i den kritiske sektion. I udgangssektionen udløses denne lås.

Semaphore Løsning

Semaphore er simpelthen en variabel, der er ikke-negativ og deles mellem tråde. Det er en anden algoritme eller løsning på problemet med den kritiske sektion. Det er en signalmekanisme, og en tråd, der venter på en semafor, kan signaleres af en anden tråd.

Den bruger to atomare operationer: 1) ventetid og 2) signal til processynkronisering.

Eksempel

WAIT ( S ):
while ( S <= 0 );
S = S - 1;
SIGNAL ( S ):
S = S + 1;

Ofte Stillede Spørgsmål