2. Применение общих семафоров для решения задачи «производитель-потребитель» с ограниченным буфером (11, 23) – 157

Производитель и потребитель связаны через буфер ограниченной емкости в N порций. ЧПП - число пустых порций.

begin

integer ЧПБ, ЧПП, РБ;

ЧПБ:=0;

ЧПП:=N;

РБ:=1;

parbegin

производитель: begin

n1: производство новой порции;

P(ЧПП);

P(РБ);

добавление порции к буферу;

V(РБ);

V(ЧПБ);

goto n1;

end;

потребитель: begin

n2: P(ЧПБ);

P(РБ);

взятие порции из буфера;

V(РБ);

V(ЧПП);

обработка взятой порции;

goto n2;

end;

parend;

end;

И производитель и потребитель решают через РБ задачу взаимного исключения. Проблема производителя: нельзя писать в заполненный буфер. Проблема потребителя: нельзя читать из пустого буфера. Производитель ре­шает свою проблему с использованием общего семафора ЧПП (число пустых порций), а потребитель  через ЧПБ (число порций в буфере).

3.Задача замещения

Целью этой задачи является выбор среди пространства ОП той страницы, которую следует переместить во внешнюю память. Задача решается, когда обнаруживается отсутствие страницы в ОП, а вместе с тем следует запрос на размещение новых страниц.

Первый, наиболее простой подход, заключается в остановке процесса, потребовавшего страницу ОП в ситуации, когда вся память распределена. В этом случае управление передается другому процессу, у которого нет требований на дополнительную память, а в отношении приостановленного процесса либо не принимается никаких действий, либо все его страницы выгружаются во внешнюю память. Недостаток этого подхода- дискриминации подвергается тот процесс, в ходе выполнения которого возникла потребность замещения.

Идеальная стратегия замещения: должна быть замещена та страница, к которой дольше всего не будет обращений в будущем.

Существуют следующие стратегии:

- для замещения выбирается страница случайным образом;

- выбирается страница, которая дольше всего была в ОП;

- FIFO (удаляется та страница, которая раньше всех была распределена какому-либо процессу). Фактически, это реализация предыдущей стратегии, но она может быть реализована для различных процессов;

- алгоритм удаления дольше всех неиспользовавшейся страницы. Если долго обращения к странице не было, следовательно, в будущем тоже не предвидится.

В простейшем случае, с каждой страницей для этой стратегии связывается бит использования. Этот бит установлен в 1 при обращении к странице, а способ сброса бита в 0 и определяет способы реализации данной стратегии.

В настоящее время используется варианты «часового» алгоритма.

Имеется циклический буфер размерности n, в каждом элементе хранится номер страницы и бит использования. Бит использования установлен в 1, когда к странице произведено обращение, если при первой загрузке страницы в ОП. Указатель буфера указывает на последнюю замещенную страницу. Когда возникает вопрос решить задачу замещения, указатель перемещается на следующий элемент буфера. Если бит использования установлен в 0, то производится замещение соответствующей страницы. Если же окажется, что бит использования =1, то страница не замещается, бит использования устанавливается в 0, а указатель перемещается на следующий элемент буфера. Перемещение указателя осуществляется до тех пор, пока не будет обнаружена страница с 0 битом использования.

Повысить эффективность часового алгоритма можно путем увеличения количества используемых при его работе битов. Практически, во всех системах страничной организации со страницей связывается бит модификации. Этот бит указывает, что страница не может быть замещена до тех пор, пока её содержимое не будет переписано во внешнюю память. Соответственно может быть 4 комбинации битов использования и битов модификации:

N m

0 n:0-давно использован

0 1-недавно использован

1 m:0- не модифицирован

1 1- модифицирован

Сканируем буфер, начиная с текущего положения. В процессе сканирования бит использования не изменяется. Первая страница состояния (0,0) замещается.

Если такой страницы нет, то ищем страницу с параметром (0,1). Если такая страница найдена, она замещается. В процессе выполнения данного шага у всех проанализированных страниц сбрасывается бит использования.

Если такой страницы нет, значит, у всех страниц будет сброшен бит использования, указатель буфера вернется в исходное положение, затем повторяем шаг 1 и, при необходимости, 2.

Явление пробуксовки наблюдается тогда, когда ОП имеет небольшие размеры, а программы велики по размеру. В этом случае может возникнуть ситуация частого замещения страниц, и большая часть процессорного времени тратится на выполнение служебных функций. Следовательно, резко замедляется выполнение пользовательских программ.

БИЛЕТ 24