2. Перевірка й установка.

Ця машинна операція значно спрощує рішення проблеми критичної ділянки.

До операції “перевірка й установка” звертаються із двома параметрами: “локальний” й “загальний”. Операція бере значення параметра “загальний” і присвоює його змінній “локальний”, а потім установлює змінній “загальний” значення рівне одиниці.

Головна властивість цієї операції - її неподільність. Коли процес виконує операцію “перевірка й установка” ніяких дій не може відбутися між її початком і кінцем.

Змінна “загальний” розділяється між процесами, які підлягають синхронізації стосовно деякого критичного ресурсу. У кожного процесу є своя власна змінна “локальний”.

Якщо “загальний” = 1, це значить, що якийсь процес перебуває у своїй критичній ділянці. Початкове значення змінної “загальний” = 0.

Приведемо рішення проблеми методом “перевірка й установка”. У цьому решенні припускається, що в машині передбачене блокування пам'яті, тобто операція “загальний” := 0 неподільна.

Алгоритм перевірки й установки:

integer: ЗАГАЛЬНИЙ;

begin

ЗАГАЛЬНИЙ:=0;

parbegin

integer: ЛОКАЛЬНИЙ1;

Процес_1: begin do while (True);

ЛОКАЛЬНИЙ1:=1;

do while (ЛОКАЛЬНИЙ1=1)

Перевірка й установка(ЛОКАЛЬНИЙ1,ЗАГАЛЬНИЙ)

end;

Критична ділянка 1;

ЗАГАЛЬНИЙ:=0;

частина, Що Залишилася, Процесу 1;

end;

end;

integer: ЛОКАЛЬНИЙ2;

Процес_2: begin do while (True);

ЛОКАЛЬНИЙ2:=1;

do while (ЛОКАЛЬНИЙ2=1)

Перевірка й установка(ЛОКАЛЬНИЙ2,ЗАГАЛЬНИЙ)

end;

Критична ділянка 2;

ЗАГАЛЬНИЙ:=0;

частина, Що Залишилася, Процесу 2;

end;

end;

parend;

end.

Обидва розглянутих метода можуть виявитися досить неефективними, оскільки щораз, коли один процес виконує свою критичну ділянку, будь-який інший процес, що теж хоче ввійти в критичну ділянку, попадає в цикл і повинен там очікувати дозволу.

При такому очікуванні в циклі, що називається активним очікуванням, дарма витрачається час центрального процесора.

Одним із прийомів, що дозволяють уникнути активного запобігання є “семафор”.

3. Семафори.

Семафор – ціла змінна, значення якої можуть міняти тільки операції P й V. Нехай S – семафор. Коли процес виконує операцію P(S), S зменшується на одиницю й

1. Якщо S0, то процес продовжує роботу.

2. Якщо S<0, то процес зупиняється й стає в чергу очікування, пов'язану з S. Він залишається заблокованим доти, поки операція V(S), виконана іншим процесом, не звільнить його.

Коли процес виконує V(S), S збільшується на одиницю й

1. Якщо S>0, процес продовжує роботу.

2. Якщо S0, то один процес вилучається із черги очікування й одержує дозвіл продовжити роботу. Процес, що звернувся до операції V(S), теж може продовжувати роботу.

Крім того, операції P й V – неподільні. У кожен момент часу тільки один процес може виконувати операцію P або V над даним семафором. Тому якщо, S=1 і два процеси одночасно спробують виконати операцію P(S), те тільки одному з них буде дозволено продовжити роботу. Інший процес буде заблокований і поставлений у чергу до семафора S.

Раніше ми говорили про те, що стрижень системи – це механізм, що реалізує процеси. Стрижень повинен виділяти процесам і відбирати в них процесори. Операції P й V можна реалізувати усередині стрижня. Таким чином, забезпечується неподільність цієї операції.

Семафор, максимальне значення якого дорівнює одиниці, називається двійковим семафором.

За допомогою двійкового семафора процеси можуть організувати взаємне виключення за допомогою операцій P(S) і V(S).

Приклад:

integer: ВІЛЬНИЙ;

begin

ВІЛЬНИЙ:=1;

parbegin

Процес_1: begin do while (True);

Початок Процесу 1;

P(ВІЛЬНИЙ);

Критична ділянка 1;

V(ВІЛЬНИЙ);

частина, Що Залишилася, Процесу 1;

end;

end;

Процес_2: begin do while (True);

Початок Процесу 2;

P(ВІЛЬНИЙ);

Критична ділянка 2;

V(ВІЛЬНИЙ);

частина, Що Залишилася, Процесу 2;

end;

end;

parend;

end.

Тут S приймає значення 1, 0, -1. Якщо S=1, це значить, що жоден процес не перебуває у своїй критичній ділянці. Якщо S=0 -один процес перебуває у своїй критичній ділянці. Якщо S=-1 – один процес перебуває у своїй критичній ділянці, а другий – у черзі очікування.

Рішення, що використовує двійкові семафори, застосовно точно так само й у випадку великої кількості процесів. Якщо алгоритм Деккера стає дуже складним більш, ніж для двох процесів, рішення із семафором залишається тривіальним. У цьому головна перевага семафора.

За допомогою загальних семафорів легко вирішується проблема “Постачальник-Споживач”.

Змінна “наявність” - семафор, значення якого дорівнює числу вільних буферів у пулі.

Змінна “заполн” - семафор, значення якого дорівнює числу заповнених буферів, які були відіслані споживачеві.

Семафор “взаиск” (взаємне виключення) - двійковий. Він гарантує, що в кожен момент тільки один процес зможе працювати з буферними стрілками.

integer: НАЯВНІСТЬ,ЗАПОЛН,ВЗАИСК;

begin

НАЯВНІСТЬ:= кількість вільних буферів;

ЗАПОЛН := 0;

ВЗАИСК := 1;

parbegin

ПОСТАЧАЛЬНИК: begin do while (True);

Приготувати повідомлення;

P(НАЯВНІСТЬ);

P(ВЗАИСК);

Послати повідомлення;

V(ЗАПОЛН);

V(ВЗАИСК);

end;

end;

СПОЖИВАЧ: begin do while (True);

P(ЗАПОЛН);

P(ВЗАИСК);

Одержати повідомлення;

V(НАЯВНІСТЬ);

V(ВЗАИСК);

Обробити повідомлення;

end;

end;

parend;

end.

За допомогою загальних семафорів можна організувати керування ресурсами, наприклад, дисків і для синхронізації процесів.

Однак, при використанні семафорів для синхронізації й керування ресурсами виникають труднощі, пов'язані з організацією черги до семафора.

Якщо значення семафора S стає негативним, це значить, що черги, пов'язаної з S, очікує один або кілька процесів.

Коли виконується чергова операція V(S), стрижень повинен вибрати, який процес треба взяти із черги. Стрижень системи може обслуговувати чергу в порядку надходження або використати пріоритетну схему обслуговування. Порядок обслуговування черги повинен обумовлюватися цілями, для яких застосовується даний семафор. Питання визначення дисципліни обслуговування при проектуванні ОС тісно пов'язаний з моделюванням обчислювальних процесів, для чого можуть бути ефективно використані моделі масового обслуговування.

Пріоритет процесу можна визначати динамічно по числу дорогих ресурсів, якими цей процес розпоряджається.

Вважається, що семафори - досить ефективний засіб для задоволення потреб ОС при реалізації синхронізації й спілкування між процесами.

Проте, часто семафори виявляються незручним засобом. Наприклад, складно реалізувати схему передачі повідомлень між декількома процесами.

Елементарні прийоми синхронізації на верхньому рівні.