Решение классических задач синхронизации с помощью семафоров

Задача "ограниченный буфер".Имеются три классических задачи синхронизации процессов, решения которых с помощью семафоров мы рассмотрим:

ограниченныйбуфер (bounded buffer problem)

читатели – писатели (readers – writers problem)

- обедающиефилософы (diningphilosophersproblem).

В данном разделе рассмотрим реализацию с помощью семафоров задачи ограниченный буфер:имеются процесс-производитель и процесс-потребитель, взаимодействующие с помощью циклического буфера ограниченной длины; производитель генерирует элементы информации и записывает в буфер; потребитель использует информационные элементы из буфера и удаляет их.

Будем использовать три общих семафора:

semaphore full = n;

semaphore empty = 0;

semaphore mutex = 1;

Семафор full сигнализирует о переполнении буфера, empty – об исчерпании буфера, mutex – используется для взаимного исключения действий над буфером.

Код процесса-производителя имеет вид:

do {

. . .

сгенерировать элемент в nextp

. . .

wait (full);

wait (mutex);

. . .

добавить nextp кбуферу

. . .

signal (mutex);

signal (empty);

} while (1);

Код процесса-потребителя:

do {

wait (empty);

wait (mutex);

. . .

взять и удалить элемент из буфера в nextc

. . .

signal (mutex);

signal (full);

. . .

использоватьэлементиз nextc

. . .

} while(1);

Поясним использование семафоров. Семафор mutex используется "симметрично"; над ним выполняется пара операций: wait … signal – семафорные скобки. Его роль – чисто взаимное исключение критических секций. Семафор empty сигнализирует об исчерпании буфера. В начале он закрыт, так как элементов в буфере нет. Поэтому при закрытом семафоре empty потребитель вынужден ждать. Открывает семафор empty производитель, после того, как он записывает в буфер очередной элемент. Семафор full сигнализирует о переполнении буфера. В начале он равен n – максимальному числу элементов в буфере. Производитель перед записью элемента в буфер выполняет операцию wait (full),гарантируя, что, если буфер переполнен, записи нового элемента в буфер не будет. Открывает семафор full потребитель, после того, как он освободил очередной элемент буфера.

Вопрос 16

Схема реализации критических областей с помощью семафоров

Будем использовать для реализации конструкции region x when B do S следующие семафоры и целые переменные:

semaphore mutex, first-delay, second-delay;

int first-count, second-count;

Семафор mutex используется для взаимного исключения доступа к критической секции S. Семафор first-delay используется для ожидания процессов, которые не могут войти в критическую секцию S, так как условие B ложно. Число таких процесов хранится в переменной first-count. Семафор second-delay используется для ожидания тех процессов, которые вычислили условие B один раз и ожидают, когда им будет позволено повторно вычислить B ( second-count – счетчик таких процессов). Реализация предоставляется студентам в качестве упражнения.