Süreç Synchronizasyon: İşletim Sisteminde Kritik Bölüm Sorunu

Süreç Nedir? Synckronizasyon?

Süreç Synckronizasyon süreçlerin yürütülmesini, hiçbir iki sürecin aynı paylaşılan verilere ve kaynaklara erişemeyeceği şekilde koordine etme görevidir.

Özellikle birden fazla işlemin birlikte çalıştığı ve birden fazla işlemin aynı paylaşılan kaynağa veya veriye aynı anda erişmeye çalıştığı çoklu işlem sistemlerinde gereklidir.

Bu durum, paylaşılan verilerde tutarsızlığa yol açabilir. Dolayısıyla, bir işlem tarafından yapılan değişiklik, diğer işlemler aynı paylaşılan verilere eriştiğinde mutlaka yansıtılmaz. Bu tür veri tutarsızlığını önlemek için, işlemlerin birbirleriyle senkronize edilmesi gerekir.

Nasıl Süreç SyncHronizasyon Çalışıyor mu?

Örneğin, A süreci bir bellek konumundaki verileri değiştirirken, B süreci de bu verileri okumaya çalışıyor. aynı bellek konumu. İkinci işlem tarafından okunan verilerin hatalı olma olasılığı yüksektir.

Bir Programın Bölümleri

Kritik bölümün dört temel unsuru şunlardır:

• Giriş Bölümü: Belirli bir sürecin girişine karar veren sürecin bir parçasıdır.
• Kritik Bölüm: Bu bölüm, bir işlemin paylaşılan değişkeni girmesine ve değiştirmesine olanak tanır.
• Çıkış Bölümü: Çıkış bölümü, Giriş bölümünde bekleyen diğer işlemlerin Kritik bölüme girmesine olanak tanır. Ayrıca, yürütmesi tamamlanmış bir işlemin bu bölüm aracılığıyla kaldırılması gerekip gerekmediğini de kontrol eder.
• Kalan Bölüm: Diğer tüm kısımlar CodeKritik, Giriş ve Çıkış Bölümü'nde olmayan kısımlar, Kalan Bölüm olarak bilinir.

Kritik Kesit Problemi Nedir?

Kritik bölüm, belirli bir zaman diliminde tek bir işlem tarafından erişilebilen bir kod parçasıdır. Bu bölüm, diğer işlemler tarafından erişilmesi gereken paylaşılan veri kaynaklarından oluşur.

• Kritik bölüme giriş wait() fonksiyonu tarafından gerçekleştirilir ve P() olarak temsil edilir.
• Kritik bir bölümden çıkış, V() olarak temsil edilen signal() fonksiyonu tarafından kontrol edilir.

Kritik bölümde yalnızca tek bir işlem yürütülebilir. Kritik bölümlerini yürütmeyi bekleyen diğer süreçlerin, mevcut sürecin yürütülmesini tamamlamasını beklemesi gerekir.

Kritik Bölüm Kuralları

Kritik bölüm, üç kuralın da uygulanmasını sağlamalıdır:

• Karşılıklı dışlama: Karşılıklı Dışlama, paylaşılan kaynağa erişimi kontrol etmek için kullanılan özel bir ikili semafor türüdür. Genişletilmiş öncelik ters çevirme sorunlarını önlemek için bir öncelik devralma mekanizması içerir. Kritik bölümünde aynı anda birden fazla işlem yürütülemez.
• İlerleme: Bu çözüm, kritik bölümde kimse olmadığında ve birinin girmek istediğinde kullanılır. Bu durumda, kalan bölümde olmayan süreçler, sonlu bir süre içinde kimin gireceğine karar vermelidir.
• Bağlı Bekleme: Bir işlem kritik bölüme girme talebinde bulunduğunda, kritik bölüme girebilecek işlem sayısı konusunda belirli bir sınır vardır. Dolayısıyla, sınıra ulaşıldığında, sistem işlemin kritik bölüme girme talebine izin vermelidir.

Kritik Bölgeye Çözümler

İşlemde SyncKronizasyon sürecinde, kritik bölüm ana rolü oynar, bu nedenle sorun çözülmelidir.

Kritik bölüm problemini çözmek için yaygın olarak kullanılan bazı yöntemler.

Peterson Çözümü

Peterson çözümü, kritik kesit problemlerine yaygın olarak kullanılan bir çözümdür. Bu algoritma, Peterson adlı bir bilgisayar bilimcisi tarafından geliştirildiği için Peterson çözümü olarak adlandırılmıştır.

Bu çözümde, bir süreç kritik durumda yürütülürken diğer süreç yalnızca kodun geri kalanını yürütür ve bunun tersi de gerçekleşebilir. Bu yöntem aynı zamanda kritik bölümde belirli bir zamanda yalnızca tek bir işlemin çalıştığından emin olmanıza da yardımcı olur.

Örnek E-posta

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

• N adet süreç (P1, P2, … PN) olduğunu ve her sürecin belirli bir anda Kritik Bölüme girmesi gerektiğini varsayalım.
• Varsayılan değeri false olan N boyutunda bir FLAG[] dizisi tutulur. Dolayısıyla, bir işlem kritik bölüme girmek istediğinde, bayrağını true olarak ayarlaması gerekir. Örneğin, Pi girmek istiyorsa FLAG[i]=TRUE olarak ayarlayacaktır.
• TURN adı verilen başka bir değişken ise şu anda CS'ye girmeyi bekleyen işlem numarasını gösterir.
• Çıkış yaparken kritik bölüme giren proses, TURN'u hazır işlemler listesinden başka bir numaraya değiştirecektir.
• Örnek: Sıra 2 ise, P2 kritik bölüme girer ve çıkarken sıra 3 olur, bu nedenle P3 bekleme döngüsünden çıkar.

Synchronizasyon Donanımı

Bazen Kritik Bölümün sorunları donanım yoluyla da çözülür. Bazı işletim sistemleri, bir İşlemin Kritik bölüme girerken kilit almasını ve çıktıktan sonra kilidi serbest bırakmasını sağlayan bir kilit işlevi sunar.

Yani başka bir proses kritik bölüme girmeye çalıştığında kilitli olduğu için giremeyecektir. Bunu ancak kilidin kendisini alarak özgür olması durumunda yapabilir.

Mutex Kilitleri

SyncDonanımsal senkronizasyon herkes için uygulaması kolay bir yöntem olmadığından, Mutex Kilitleri olarak bilinen sıkı bir yazılım yöntemi de tanıtılmıştır.

Bu yaklaşımda kodun giriş bölümünde, kritik bölüm içerisinde kullanılan kritik kaynaklar üzerinden bir LOCK elde edilir. Çıkış bölümünde bu kilit açılır.

Semaphore Çözüm

Semaphore Basitçe söylemek gerekirse, negatif olmayan ve iş parçacıkları arasında paylaşılan bir değişkendir. Kritik bölüm problemine yönelik başka bir algoritma veya çözümdür. Bir sinyal mekanizmasıdır ve bir semafor üzerinde bekleyen bir iş parçacığı, başka bir iş parçacığı tarafından sinyal alabilir.

Bu, süreç senkronizasyonu için iki atomik işlem kullanır: 1) bekleme ve 2) sinyal gönderme.

Örnek E-posta

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

SSS