Käsitellä asiaa Synchronisointi: Kriittinen osa-ongelma käyttöjärjestelmässä

Mikä on prosessi Synchronisointi?

Käsitellä asiaa Synchronisointi on tehtävä koordinoida prosessien toteuttamista siten, että kahdella prosessilla ei ole pääsyä samaan yhteiseen dataan ja resursseihin.

Sitä tarvitaan erityisesti moniprosessijärjestelmässä, kun useita prosesseja on käynnissä yhdessä ja useampi kuin yksi prosessi yrittää päästä käsiksi samaan jaettuun resurssiin tai dataan samanaikaisesti.

Tämä voi johtaa jaetun datan epäjohdonmukaisuuteen. Yhden prosessin tekemä muutos ei siis välttämättä näy, kun muut prosessit käyttävät samaa jaettua dataa. Tämän tyyppisen datan epäjohdonmukaisuuden välttämiseksi prosessit on synkronoitava keskenään.

Miten prosessi Synchronisointi toimii?

Esimerkiksi prosessi A muuttaa muistipaikassa olevia tietoja, kun taas toinen prosessi B yrittää lukea tietoja muistipaikasta. sama muistipaikka. On suuri todennäköisyys, että toisen prosessin lukemat tiedot ovat virheellisiä.

Ohjelman osat

Tässä on kriittisen osan neljä olennaista elementtiä:

• Sisäänpääsy-osio: Se on osa prosessia, joka päättää tietyn prosessin aloittamisesta.
• Kriittinen jakso: Tämä osa sallii yhden prosessin syöttää ja muokata jaettua muuttujaa.
• Poistu osiosta: Poistumisosio sallii muiden sisääntulo-osiossa odottavien prosessien siirtymisen kriittiseen osioon. Se tarkistaa myös, että suorituksensa päättänyt prosessi poistetaan tämän osion kautta.
• Loppuosa: Kaikki muut osat Code, jotka eivät ole kriittisessä osiossa, saapumis- ja poistumisosiossa, tunnetaan jäännösosana.

Mikä on kriittisen osan ongelma?

Kriittinen osa on koodisegmentti, johon yksi prosessi voi päästä käsiksi tiettynä ajankohtana. Osa koostuu jaetuista tietoresursseista, joihin muiden prosessien on päästävä käsiksi.

• Kriittisen osan syöttämistä käsittelee wait()-funktio, ja se esitetään muodossa P().
• Kriittiseltä osalta poistumista ohjaa signaali()-funktio, joka esitetään muodossa V().

Kriittisessä osassa voidaan suorittaa vain yksi prosessi. Muiden prosessien, jotka odottavat kriittisen osuutensa suorittamista, on odotettava, kunnes nykyinen prosessi suorittaa suorituksensa.

Kriittisen osan säännöt

Kriittisen osion on noudatettava kaikkia kolmea sääntöä:

• Yhteinen poissulkeminen: Keskinäinen poissulkeminen on erityinen binäärinen semafori, jota käytetään jaetun resurssin pääsyn hallintaan. Se sisältää prioriteetin periytymismekanismin laajennetun prioriteetin inversio-ongelmien välttämiseksi. Vain yksi prosessi voi suorittaa sen kriittisessä osassa kerralla.
• Progress: Tätä ratkaisua käytetään, kun kriittisellä alueella ei ole ketään ja joku haluaa sinne. Tällöin prosessien, jotka eivät ole jäljellä olevalla alueella, tulisi päättää rajallisen ajan kuluessa, kuka sinne pääsee.
• Sitoutunut odotus: Kun prosessi pyytää pääsyä kriittiseen osioon, on olemassa tietty raja sille, kuinka monta prosessia voi päästä kriittiseen osioon. Joten kun raja saavutetaan, järjestelmän on sallittava prosessin pääsy kriittiseen osioon.

Ratkaisut kriittiseen osioon

Työn alla Synckronisoinnissa kriittinen osa on pääroolissa, joten ongelma on ratkaistava.

Tässä on joitain yleisesti käytettyjä menetelmiä kriittisten osien ongelman ratkaisemiseksi.

Petersonin ratkaisu

Petersonin ratkaisu on laajalti käytetty ratkaisu kriittisiin osio-ongelmiin. Tämän algoritmin kehitti tietojenkäsittelytieteilijä nimeltä Peterson, minkä vuoksi sitä kutsutaan Petersonin ratkaisuksi.

Tässä ratkaisussa, kun prosessi suoritetaan kriittisessä tilassa, toinen prosessi suorittaa vain loput koodista, ja päinvastoin voi tapahtua. Tämä menetelmä auttaa myös varmistamaan, että vain yksi prosessi suoritetaan kriittisessä osassa tiettynä aikana.

esimerkki

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

• Oletetaan, että prosesseja on N (P1, P2, … PN) ja jokaisen prosessin on jossain vaiheessa siirryttävä kriittiseen osioon.
• Ylläpidetään N-kokoista FLAG[]-taulukkoa, joka on oletusarvoisesti false. Joten aina kun prosessin on päästävä kriittiseen osioon, sen on asetettava lippunsa arvoon true. Esimerkiksi jos Pi haluaa päästä siihen, se asettaa FLAG[i]=TRUE.
• Toinen muuttuja nimeltä TURN ilmaisee prosessin numeron, joka odottaa parhaillaan pääsyä CS:ään.
• Prosessi, joka tulee kriittiseen osioon poistuessaan, muuttaisi KÄÄNNÖN toiseen numeroon valmiiden prosessien luettelosta.
• Esimerkki: vuoro on 2, sitten P2 siirtyy kriittiseen osioon ja poistuessaan vuorolta 3, jolloin P3 rikkoo odotussilmukan.

Synchronisointi Laitteisto

Kriittisen osion ongelmat ratkaistaan ​​joskus myös laitteiston avulla. Jotkut käyttöjärjestelmät tarjoavat lukitustoiminnon, jossa prosessi lukittuu siirtyessään kriittiseen osioon ja vapauttaa lukituksen poistuttuaan sieltä.

Joten kun toinen prosessi yrittää päästä kriittiseen osaan, se ei pääse sisään, koska se on lukittu. Se voi tehdä niin vain, jos se on ilmainen hankkimalla itse lukon.

Mutex lukot

SyncKronisointilaitteisto ei ole yksinkertainen menetelmä kaikkien toteuttamiseksi, joten otettiin käyttöön myös tiukka ohjelmistomenetelmä, joka tunnetaan nimellä Mutex Locks.

Tässä lähestymistavassa koodin syöttöosassa LOCK saadaan kriittisen osan sisällä käytettyjen kriittisten resurssien päälle. Poistumisosassa lukko vapautetaan.

Semaphore Ratkaisu

Semaphore on yksinkertaisesti muuttuja, joka ei ole negatiivinen ja jota säikeet jakavat keskenään. Se on toinen algoritmi tai ratkaisu kriittisen osan ongelmaan. Se on signalointimekanismi, ja semaforia odottava säie voi saada signaloinnin toiselta säiöltä.

Se käyttää kahta atomioperaatiota: 1) odotusta ja 2) signaalia prosessin synkronointiin.

esimerkki

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

UKK