КВ № 2

1. Что такое критическая область? Условия избегания состязания для эффективной работы процессов.

Критическая область

Важным понятием при изучении способов синхронизации процессов является понятие критической секции программы. Критическая секция – это часть программы, исполнение которой может привести к возникновению гонок для определенного набора программ. Чтобы исключить эффект гонок по отношению к некоторому ресурсу, необходимо организовать работу так, чтобы в каждый момент времени только один процесс мог находиться в своей критической секции, связанной с этим ресурсом. Иными словами, необходимо обеспечить реализацию взаимоисключения для критических секций программ. Реализация взаимоисключения для критических секций программ с практической точки зрения означает, что по отношению к другим процессам, участвующим во взаимодействии, критическая секция начинает выполняться как атомарная операция. Например блокировать доступ к критической секции другим процессам.

Условия избегания состязаний:

1. Два процесса не могут одновременно находиться в своих критический областях.

2. Не должны выстраиваться никакие предположения по поводу скорости или количества центральных процессоров.

3. Никакие процессы, выполняемые за пределами своих критический областей, не могут блокироваться другими процессами.

4. Процессы не должны находиться в вечном ожидании входа в свои критические области.

2-5. Что такое взаимное исключение? Назвать некоторые методы взаимного исключения с активным ожиданием.

взаимного исключения –это когда один процесс занят обновлением общей памяти и находится в своей критической области, никакой другой процесс не сможет войти в свою критическую область и создать проблему.

Запрещение прерываний.

Самое простое решение заключается в запрещении всех прерываний при входе процесса в критическую область и разрешении прерываний при выходе из области. При запрещении прерываний не могут осуществляться никакие прерывания по таймеру. Поскольку центральный процессор переключается с одного процесса на другой в результате таймерных или каких-нибудь других прерываний, то при выключенных прерываниях он не сможет переключиться на другой процесс. Поскольку процесс запретил прерывания, он может исследовать и обновлять общую память, не опасаясь вмешательства со стороны любого другого процесса. И все же было бы неразумно давать пользовательскому процессу возможность запрета прерываний. Представим, что процесс отключил все прерывания и в результате какого-либо сбоя не включил их обратно. Операционная система на этом моменте может закончить свое существование. К тому же в многопроцессорной системе запрещение прерываний повлияет только на тот процессор, который выполнит инструкцию disable. Остальные процессоры продолжат работу и получат доступ к разделенным данным.

С другой стороны, для ядра характерно запрещение прерываний для некоторых команд при работе с переменными или списками. Возникновение прерываний в момент, когда, например, список готовых процессов находится в неопределенном состоянии, могло бы привести к состоянию состязания. Итак, запрет прерываний бывает полезным в самой операционной системе, но это решение неприемлемо в качестве механизма взаимного исключения для пользовательских процессов.

Блокирующие переменные

В качестве второй попытки рассмотрим программное решение, в котором используется одна общая (блокирующая) переменная, исходное значение которой равно 0. Когда процессу требуется войти в свою критическую область, сначала он проверяет значение блокирующей переменной. Если оно равно 0, процесс устанавливает его в 1 и входит в критическую область. Если значение уже равно 1, процесс просто ждет, пока оно не станет равно нулю. К сожалению, эта идея содержит точно такой же фатальный исход, который мы уже видели в примере с каталогом спулера. Предположим, что один процесс считывает значение блокирующей переменной и видит, что оно равно нулю. Перед тем как он сможет установить значение в единицу, планировщик запускает другой процесс, который устанавливает значение в единицу. Когда возобновляется выполнение первого процесса, он также установит значение блокирующей переменной в единицу, и два процесса одновременно окажутся в своих критических областях. Может показаться, что эту проблему можно обойти, считывая сначала значение блокирующей переменной, а затем проверяя ее значение повторно, прежде чем сохранить в ней новое значение, но на самом деле это не поможет. Состязание возникнет в том случае, если второй процесс изменит значение блокирующей переменной сразу же после того, как первый процесс завершит повторную проверку ее значения.