Proces Syncronisatie: kritiek sectieprobleem in het besturingssysteem

Wat is proces Synckroning?

Proces Synckroning is de taak om de uitvoering van processen zo te coördineren dat geen twee processen toegang kunnen hebben tot dezelfde gedeelde gegevens en bronnen.

Dit is met name nodig in een systeem met meerdere processen, wanneer meerdere processen tegelijk draaien en meer dan één proces tegelijkertijd toegang probeert te krijgen tot dezelfde gedeelde bron of gegevens.

Dit kan leiden tot inconsistentie in gedeelde gegevens. Een wijziging die door één proces wordt aangebracht, wordt niet noodzakelijkerwijs doorgevoerd wanneer andere processen dezelfde gedeelde gegevens benaderen. Om dit soort inconsistentie te voorkomen, moeten de processen met elkaar gesynchroniseerd worden.

Hoe proces Syncronisatie Werkt?

Een voorbeeld: proces A wijzigt de gegevens op een geheugenlocatie, terwijl een ander proces B probeert de gegevens daarvan te lezen. dezelfde geheugenlocatie. Er is een grote kans dat de door het tweede proces gelezen gegevens onjuist zijn.

Secties van een programma

Hieronder volgen vier essentiële elementen van de kritische sectie:

• Toegangssectie: Het maakt deel uit van het proces dat beslist over de toegang tot een bepaald proces.
• Kritieke sectie: Met dit onderdeel kan één proces de gedeelde variabele invoeren en wijzigen.
• Uitgangssectie: Het Exit-gedeelte maakt het mogelijk voor de andere processen die in het Entry-gedeelte wachten om het Critical-gedeelte te betreden. Het controleert ook of een proces dat zijn uitvoering heeft voltooid, via dit gedeelte moet worden verwijderd.
• Resterende sectie: Alle andere delen van de CodeDe gegevens die niet in de secties Kritiek, Invoer en Uitvoer zijn opgenomen, worden de Restsectie genoemd.

Wat is een kritiek sectieprobleem?

Een kritieke sectie is een stuk code dat op een specifiek moment door één enkel proces kan worden benaderd. Deze sectie bestaat uit gedeelde gegevensbronnen die door andere processen moeten kunnen worden geraadpleegd.

• De toegang tot de kritieke sectie wordt afgehandeld door de functie wait() en wordt weergegeven als P().
• Het verlaten van een kritieke sectie wordt bestuurd door de signal()-functie, weergegeven als V().

In het kritieke gedeelte kan slechts één proces worden uitgevoerd. Andere processen, die wachten om hun kritieke sectie uit te voeren, moeten wachten totdat het huidige proces de uitvoering ervan heeft voltooid.

Regels voor kritieke sectie

Het kritieke gedeelte moet aan alle drie de regels voldoen:

• Wederzijdse uitsluiting: Wederzijdse uitsluiting is een speciaal type binaire semafoor dat wordt gebruikt voor het controleren van de toegang tot de gedeelde bron. Het omvat een mechanisme voor prioriteitsovererving om uitgebreide problemen met prioriteitsinversie te voorkomen. Er kan niet meer dan één proces tegelijk in de kritieke sectie worden uitgevoerd.
• Voortgang: Deze oplossing wordt gebruikt wanneer niemand zich in het kritieke gedeelte bevindt en iemand erin wil. De processen die zich niet in hun resterend gedeelte bevinden, moeten dan binnen een eindige tijd beslissen wie erin mag.
• Gebonden wachten: Wanneer een proces een verzoek indient om toegang te krijgen tot de kritieke sectie, is er een specifieke limiet aan het aantal processen dat toegang kan krijgen tot die kritieke sectie. Zodra die limiet is bereikt, moet het systeem het verzoek van het proces om toegang te krijgen tot de kritieke sectie toestaan.

Oplossingen voor het kritieke gedeelte

In proces SyncBij chronologie speelt de kritische sectie de hoofdrol, zodat het probleem opgelost moet worden.

Hier zijn enkele veelgebruikte methoden om het kritieke sectieprobleem op te lossen.

Peterson-oplossing

De oplossing van Peterson is een veelgebruikte oplossing voor problemen met kritieke secties. Dit algoritme werd ontwikkeld door een computerwetenschapper genaamd Peterson, vandaar de naam Petersons oplossing.

Wanneer een proces in deze oplossing in een kritieke toestand wordt uitgevoerd, voert het andere proces alleen de rest van de code uit en kan het tegenovergestelde gebeuren. Deze methode zorgt er ook voor dat er op een bepaald tijdstip slechts één proces in de kritieke sectie wordt uitgevoerd.

Voorbeeld

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

• Stel dat er N processen zijn (P1, P2, … PN) en dat elk proces op een bepaald moment de kritieke sectie moet betreden.
• Er wordt een FLAG[]-array van grootte N bijgehouden, die standaard op false staat. Dus, wanneer een proces de kritieke sectie wil betreden, moet het zijn flag op true zetten. Als Pi bijvoorbeeld de kritieke sectie wil betreden, zet het FLAG[i]=TRUE.
• Een andere variabele, genaamd TURN, geeft het procesnummer aan van het proces dat momenteel wacht om het CS-systeem te betreden.
• Het proces dat tijdens het verlaten de kritieke sectie binnengaat, zou de TURN veranderen in een ander nummer uit de lijst met gereedstaande processen.
• Voorbeeld: beurt 2, dan komt P2 in de kritieke sectie terecht en bij het verlaten ervan beurt 3, waardoor P3 uit de wachtlus breekt.

Syncronisatie hardware

Soms worden de problemen in de kritieke sectie ook door hardware opgelost. Sommige besturingssystemen bieden een vergrendelingsfunctie waarbij een proces een vergrendeling verkrijgt bij het betreden van de kritieke sectie en deze vergrendeling weer vrijgeeft bij het verlaten ervan.

Dus wanneer een ander proces de kritieke sectie probeert binnen te komen, kan het niet binnenkomen omdat het is vergrendeld. Dit kan hij alleen doen als hij gratis is door het slot zelf te verwerven.

Mutex-sloten

SyncHet implementeren van hardware voor chrominatie is niet voor iedereen eenvoudig, daarom werd er ook een strikte softwaremethode geïntroduceerd, bekend als Mutex Locks.

Bij deze benadering wordt in het invoergedeelte van de code een LOCK verkregen over de kritieke bronnen die in het kritieke gedeelte worden gebruikt. In het uitgangsgedeelte wordt dat slot ontgrendeld.

Semaphore Het resultaat

Semaphore Het is simpelweg een variabele die niet-negatief is en gedeeld wordt tussen threads. Het is een ander algoritme of een andere oplossing voor het kritieke-sectieprobleem. Het is een signaleringsmechanisme, en een thread die op een semaphore wacht, kan door een andere thread gesignaleerd worden.

Het maakt gebruik van twee atomaire bewerkingen: 1) wachten en 2) signaleren voor de processynchronisatie.

Voorbeeld

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

Veelgestelde vragen