8.2. Аппаратные способы достижения взаимного исключения Запрещение прерываний

Процессор переключается на другой процесс только по прерыванию. Процесс запрещает прерывания перед входом в КС и разрешает прерывания сразу после выхода из КС. Взаимное исключение достигается, потому что процесс не прерывается внутри КС и, таким образом, другие процессы не могут войти в свои КС. Недостатки такого подхода:

• применимо только в однопроцессорных системах;

• могут быть не обработаны важные события ввода-вывода;

• в случае краха процесса внутри КС ОС выйдет из строя.

Специальные команды, выполняющиеся атомарно

Такие команды выполняют за один цикл шины две или более операций, например, чтение из ячейки памяти и запись в нее значения "занято".

8.3. Программные способы достижения взаимного исключения Переменные блокировки.

Процесс для входа в КС непрерывно проверяет значение некоторой переменной, чтобы определить, что разделяемый ресурс свободен. Переменная блокировки записывает состояние КС. Начальное значение переменной блокировки равно 0. Если процесс хочет попасть в КС, он предварительно считывает значение переменной блокировки. Если переменная равна 0, процесс изменяет ее на 1 и входит в КС. Если же переменная равна 1, то процесс ждет, пока ее значение сменится на 0. Таким образом, 0 означает, что ни одного процесса нет в КС, а 1 означает, что какой-либо процесс находится в КС.

while (busy);

busy = 1;

/* critical section */

…………………

busy = 0;

/* noncritical section */

…………………….

Недостатки такого подхода:

1. те же проблемы, что и при доступе к общим переменным.

2. если после выхода из КС процесс по какой-либо причине не установит КС=0, то другие процессы не смогут войти в КС – нарушается условие 3.

3. непроизводительное расходование времени процессора.

Активное ожидание (busy waiting) – постоянная проверка переменной в ожидании некоторого значения. Спин-блокировка – блокировка, использующая активное ожидание.

Алгоритм Деккера

Датский математик Деккер (1970) был первым, кто разработал программное решение проблемы взаимного исключения. Когда процесс P0 намерен войти в КС, он устанавливает свой флаг flag[0] равным true, а затем проверяет состояние флага процесса P1. Если он равен false, P0 может немедленно входить в КС; в противном случае P0 обращается к переменной turn. Если turn=0, это означает, что сейчас – очередь процесса P0 на вход в КС, и P0 периодически проверяет состояние флага процесса P1. Этот процесс, в свою очередь, в некоторый момент времени обнаруживает, что сейчас не его очередь для входа в КС, и устанавливает свой флаг равным false, давая возможность процессу P0 войти в КС. После того как P0 выйдет из КС, он установит свой флаг равным false для освобождения КС и присвоит переменной turn значение 1 для передачи прав на вход в КС процессу P1.

P0	P1
flag[0] = true; while (flag[1]) { if(turn == 1) { flag[0] = false; while(turn == 1)/*ждать*/; flag[0] = true; } } /* КС */ turn = 1; flag[0] = false;	flag[1] = true; while (flag[0]) { if(turn == 2) { flag[0] = false; while(turn = 1)/*ждать*/; flag[1] = true; } } /* КС */ turn = 0; flag[1] = false;