Protsess Synchroniseerimine: OS-i kriitiline jaotisprobleem

Mis on protsess Synchroniseerimine?

Protsess Synchroniseerimine on ülesanne koordineerida protsesside täitmist nii, et kahel protsessil ei oleks juurdepääsu samadele jagatud andmetele ja ressurssidele.

See on eriti vajalik mitmeprotsessilises süsteemis, kui mitu protsessi töötavad koos ja rohkem kui üks protsess püüab samal ajal juurde pääseda samale jagatud ressursile või andmetele.

See võib viia jagatud andmete ebajärjekindluseni. Seega ei kajastu ühe protsessi tehtud muudatus tingimata siis, kui teised protsessid samadele jagatud andmetele juurde pääsevad. Sellise andmete ebajärjekindluse vältimiseks tuleb protsessid omavahel sünkroonida.

Kuidas protsess Synchroniseerimine töötab?

Näiteks protsess A muudab mälupesas andmeid, samal ajal kui teine ​​protsess B üritab andmeid mälust lugeda. sama mälu asukoht. On suur tõenäosus, et teise protsessi poolt loetud andmed on ekslikud.

Programmi jaotised

Siin on kriitilise osa neli olulist elementi:

• Sisenemise jaotis: See on osa protsessist, mis otsustab konkreetse protsessi sisestamise.
• Kriitiline osa: See osa võimaldab ühel protsessil sisestada ja muuta jagatud muutujat.
• Välju jaotisest: Väljumisosa lubab teistel sisenemisosas ootavatel protsessidel siseneda kriitilisse sektsiooni. Samuti kontrollib see, kas protsess, mis on oma täitmise lõpetanud, tuleks selle sektsiooni kaudu eemaldada.
• Ülejäänud jaotis: Kõik teised osad Code, mis ei kuulu kriitilise, sisenemis- ja väljumissektsiooni, on tuntud kui jääkide sektsiooni.

Mis on kriitilise sektsiooni probleem?

Kriitiline osa on koodisegment, millele pääseb ligi üks protsess kindlal ajahetkel. See osa koosneb jagatud andmeressurssidest, millele peavad juurde pääsema ka teised protsessid.

• Kriitilise sektsiooni sisenemist haldab funktsioon oota () ja seda tähistatakse kui P ().
• Kriitilisest sektsioonist väljumist juhib funktsioon signal(), mis on esitatud kui V().

Kriitilises osas saab teostada ainult ühte protsessi. Teised protsessid, mis ootavad oma kriitilise osa täitmist, peavad ootama, kuni praegune protsess lõpetab oma täitmise.

Kriitilise sektsiooni reeglid

Kriitiline osa peab jõustama kõik kolm reeglit:

• Vastastikune välistamine: Vastastikune välistamine on binaarsemafori eritüüp, mida kasutatakse jagatud ressursile juurdepääsu kontrollimiseks. See sisaldab prioriteedi pärimise mehhanismi, et vältida laiendatud prioriteedi inversiooni probleeme. Selle kriitilises osas saab korraga käivitada mitte rohkem kui üks protsess.
• Progress: Seda lahendust kasutatakse siis, kui kriitilises osas pole kedagi ja keegi tahab sinna pääseda. Seejärel peaksid need protsessid, mis pole ülejäänud osas, lõpliku aja jooksul otsustama, kes sinna pääseb.
• Piiratud ootamine: Kui protsess esitab päringu kriitilisse ossa pääsemiseks, on kriitilisse ossa pääsevate protsesside arvul kindel piirang. Seega, kui piirang on saavutatud, peab süsteem lubama protsessil kriitilisse ossa pääseda.

Kriitilise osa lahendused

Töös Synckroniseerimisel mängib kriitiline lõik peamist rolli, seega tuleb probleem lahendada.

Siin on mõned laialdaselt kasutatavad meetodid kriitilise sektsiooni probleemi lahendamiseks.

Petersoni lahendus

Petersoni lahendus on kriitiliste sektsioonide ülesannete laialdaselt kasutatav lahendus. Selle algoritmi töötas välja arvutiteadlane nimega Peterson, mistõttu seda nimetatakse Petersoni lahenduseks.

Selles lahenduses, kui protsess käivitub kriitilises olekus, täidab teine ​​protsess ainult ülejäänud koodi ja võib juhtuda vastupidine. See meetod aitab ka tagada, et kriitilises sektsioonis töötaks kindlal ajal ainult üks protsess.

Näide

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

• Eeldame, et protsesse on N (P1, P2, ... PN) ja iga protsess peab mingil ajahetkel sisenema kriitilisse sektsiooni.
• Säilitatakse N-suurune FLAG[] massiiv, mis on vaikimisi väärtusega „väär“. Seega, kui protsess vajab sisenemist kriitilisse sektsiooni, peab ta oma lipu väärtuseks määrama „tõene“. Näiteks kui Pi soovib siseneda, määrab ta lipu väärtuseks „tõene“.
• Teine muutuja nimega TURN näitab protsessi numbrit, mis ootab hetkel CS-i sisenemist.
• Protsess, mis väljumisel kriitilisse sektsiooni siseneb, muudaks TURN-i valmis protsesside loendist mõne teise numbri.
• Näide: käik on 2, siis P2 siseneb kriitilisse sektsiooni ja väljudes käigult 3, murrab P3 ootetsüklist välja.

Synchroniseerimine Riistvara

Mõnikord lahendatakse kriitilise sektsiooni probleemid ka riistvara abil. Mõned operatsioonisüsteemid pakuvad lukustusfunktsiooni, kus protsess hangib luku kriitilisse sektsiooni sisenedes ja vabastab selle pärast sealt lahkumist.

Seega, kui mõni teine ​​protsess üritab kriitilisse sektsiooni siseneda, ei saa see siseneda, kuna see on lukustatud. Seda saab teha ainult siis, kui see on tasuta, hankides luku ise.

Mutex lukud

SyncKroniseerimisriistvara ei ole kõigile lihtne rakendada, seega võeti kasutusele ka range tarkvarameetod, mida tuntakse Mutex Locksina.

Selle lähenemisviisi korral saadakse koodi sisestussektsioonis LOCK kriitilises jaotises kasutatavate kriitiliste ressursside üle. Väljumise osas vabastatakse see lukk.

Semaphore Lahendus

Semaphore on lihtsalt mittenegatiivne muutuja, mida jagavad lõimed. See on järjekordne algoritm või lahendus kriitilise sektsiooni probleemile. See on signaalimismehhanism ja semaforil ootavale lõimele saab signaali anda teine ​​lõim.

See kasutab protsessi sünkroniseerimiseks kahte aatomioperatsiooni: 1) ootamist ja 2) signaali andmist.

Näide

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

KKK