Черги повідомлень (Queue)

Це складніший, в порівнянні з каналами, метод зв’язку між процесами. За допомогою черг можна організувати такий обмін, коли декілька процесів поставляють повідомлення деякій задачі-приймачу. При цьому тільки процес-приймач може читати та вилучати повідомлення з черги, а процеси-клієнти мають право тільки розміщати в чергу свої повідомлення. Таким чином черга працює тільки в одному напрямку. Якщо необхідний двосторонній зв’язок, то потрібно створити дві черги.

Черга та конвеєр мають наступні відмінності:

1) Черги повідомлень дають можливість реалізувати декілька дисциплін обробки:

FIFO – записано першим, прочитано першим;

LIFO – записано останнім, прочитано першим;

пріоритетний – повідомлення вичитуються з врахуванням їх пріоритетів;

довільний – повідомлення можна вичитувати в довільному порядку.

Канал забезпечує тільки дисципліну FIFO.

2) Прочитане з конвеєра повідомлення, вилучається з нього. При читанні з черги, повідомлення автоматично не вилучається з неї, тому при необхідності, може бути прочитане декілька разів.

3) У чергах знаходяться не самі повідомлення, тільки їх адреси в пам’яті та розмір. Ця інформація розміщується в загальному сегменті пам’яті доступній всім задачам, що спілкуються за допомогою черги.

Кожний процес, який використовує чергу, повинен попередньо отримати дозвіл на використання спільного сегменту пам’яті. Черга – це також системний ресурс.

Під час читання з черги задача-приймач користується наступною інформацією:

- ідентифікатором процесу (PID) передавача повідомлення;

- адресою та довжиною повідомлення;

- ознакою очікування, коли черга порожня;

- пріоритетом повідомлення;

- номером семафору, який звільняється коли повідомлення поміщається в чергу.

Тупики

У багатопрограмній системі процес знаходиться в стані тупику, дідлоку (deadlock) або клінчу (clinch), якщо він очікує деякої події, яка ніколи не відбудеться.

Системна тупикова ситуація, чи „зависання” системи – це ситуація, коли один чи кілька процесів знаходяться у стані тупику (клінчу).

Одна із основних функцій ОС – розподілення ресурсів. Коли ресурси розподіляються поміж багатьма користувачами, кожному з яких надається право виключного керування виділеними йому ресурсами, можливе виникнення тупиків, які не дають процесам деяких користувачів хоч коли-небудь завершитися.

У більшості випадків в ОС тупики виникають у результаті звичайної конкуренції за право мати в розпорядженні певні ресурси (як правило, це ресурси послідовного використання).

Розглянемо таку ситуацію. Двом процесам, що працюють в багато-задачній системі, для виконання своєї роботи потрібні два ресурси, наприклад Друкарка та Диск.

Нехай після того як процес А захопив Друкарку (встановив блокуючи змінну) він був перерваний. Керування отримав процес В, який спочатку захопив Диск, але при виконанні наступної команди (захоплення Друкарки) був заблокований, так як Друкарка вже захоплена процесом А. Керування знову повертається процесу А, який пробує захопити Диск та блокується, оскільки Диск вже виділений процесу В. І в такому стані процеси А та В можуть знаходитися безмежно довго.

Можливі такі варіанти уникнення тупику:

Тупикові ситуації треба відрізняти від звичайних черг, хоча і ті і інші виникають при сумісному використанні ресурсів і зовні виглядають подібно: процес призупиняється та очікує звільнення ресурсу. Але черга – це нормальне явище, ознака високого коефіцієнту використання ресурсів при випадковому надходженні запитів. Вона виникає тоді, коли ресурс є недоступним у біжучий момент, але через деякий час він звільниться і процес продовжить своє виконання.

Тупик, навпаки, в деякому розумінні є ситуацією, що не розв’язується. Звичайна тупикова ситуація. Кожен з процесів утримує ресурс, якого потребує інший процес. Причому ні один з процесів не хоче звільнити ресурс, що належить йому. Кожен з процесів очікує звільнення ресурсу іншим процесом.

Для виникнення тупику необхідні наступні умови:

1) процеси вимагають надання їм права монопольного керування ресурсами, що їм виділяються (умова взаємо-виключення);

2) процеси утримують за собою ресурси, які їм виділені, очікуючи в той же час виділення додаткових ресурсів (умова очікування ресурсів);

3) ресурси неможливо відібрати у процесів (які їх утримують) доки ці ресурси не будуть використані для завершення роботи (умова неможливості перерозподілу);

4) існує кільцевий ланцюг процесів, у якому кожен процес утримує за собою один чи декілька ресурсів, що погрібні наступному процесові з ланцюжка (умова кільцевого очікування);

Виникнення тупику неможливе, коли не виконується хоча б одна із перелічених чотирьох умов. Стратегія боротьби з тупиками полягає в тому, щоб усунути хоча б одну із зазначених умов існування тупику.