Рішення за допомогою семафорів завдання "читачі - письменники"
Суть завдання читачі-письменники в наступному: є загальний ресурс і дві групи процесів: читачі (які можуть тільки читати ресурс, але не змінюють його) і письменники (які змінюють ресурс). У кожен момент працювати з ресурсом може відразу трохи читачів (коли ресурс не змінюється письменниками), але не більше одного письменника. Необхідно синхронізувати їхньої дії над ресурсом і забезпечити взаємне виключення відповідних критичних секцій.
Рішення за допомогою семафорів завдання " філософи, що обідають,"
Суть завдання філософи, що обідають, у наступному. Є круглий стіл, за яким сидять п'ять філософів (втім, їхнє число принципового значення не має – для іншого числа філософів рішення буде аналогічним). Перед кожним з них лежить тарілка з їжею, ліворуч і праворуч від кожного – дві китайські палички. Філософ може перебувати в трьох станах: голоду, думати й обідати. На голодний шлунок філософ думати не може. Але почати обідати він може, тільки якщо обидві палички ліворуч і праворуч від нього вільні. Потрібно синхронізувати дії філософів. У цьому випадку загальним ресурсом є палички. Ілюстрацією умов завдання є рис. 12.1.
Рис. 12.1. Завдання " філософи, щообідають,".
Критичні області
Критичні області (critical regions) – більше високоринева й надійна конструкція для синхронізації, чим семафори. Загальний ресурс описується у вигляді особливого опису змінної:
v: shared T
Доступ до змінного v можливий тільки за допомогою спеціальної конструкції:
region v when B do S
де v - загальний ресурс; B - булева умова, S - оператор (утримуючий дії над v ).
Семантика даної конструкції наступна. Поки B хибний, процес, її виконуючий, повинен чекати. Коли B стає щирим, процес одержує доступ до ресурсу v і виконує над ним операції S. Поки виконується оператор S, більше жоден процес не має доступу до змінного v.
Рішення за допомогою критичних областей завдання "обмежений буфер"
Опишемо буфер як структуру:
struct buffer {
int pool [n];
int count, in, out
}
buf: shared buffer;
Алгоритм процесу-виробника:
region buf when (count < n) {
pool [in] = nextp;
in = (in+1) % n;
count++;
}
Помітимо, що перевірка переповнення буфера виконується при вході в конструкцію region, і споживач чекає, поки в буфері звільниться хоча б один елемент.
Алгоритм процесу-споживача:
region buf when (count > 0) {
nextc = pool [out];
out = (out+1) % n;
count-і;
}
Не можна не відзначити, наскільки простіше й надійніше виявляється рішення завдання з використанням даної конструкції, у порівнянні з використанням семафорів.
Схема реалізації критичних областей за допомогою семафорів
Будемо використати для реалізації конструкції region x when B do S наступні семафори й цілі змінні:
semaphore mutex, first-delay, second-delay;
int first-count, second-count;
Семафор mutex використається для взаємно виключення доступу до критичної секції S. Семафор first-delay використається для очікування процесів, які не можуть увійти в критичну секцію S, тому що умова B хибна. Число таких процесів зберігається в змінної first-count. Семафор second-delay використається для очікування тих процесів, які обчислили умову B один раз й очікують, коли їм буде дозволено повторно обчислити B ( second-count - лічильник таких процесів).