3.1.3 Критические области
Критическая область - часть программы, в которой есть обращение к совместно используемым данным.
Условия избегания состязания и эффективной работы процессов:
Два процесса не должны одновременно находиться в критических областях.
Процесс, находящийся вне критической области, не может блокировать другие процессы.
Невозможна ситуация, когда процесс вечно ждет (зависает) попадания в критическую область.
Пример:
Взаимное исключение с использованием критических областей
Взаимодействие процессов: взаимное исключение с активным ожиданием, приостановка и активизация
В некоторых операционных системах процессы, работающие совместно, могут сообща использовать некое общее хранилище данных. Каждый из процессов может считывать из общего хранилища данных и записывать туда информацию. Это хранилище представляет собой участок в основной памяти (возможно, в структуре данных ядра) или файл общего доступа. Местоположение совместно используемой памяти не влияет на суть взаимодействия и возникающие проблемы. Ситуации, в которых два (и более) процесса считывают или записывают данные одновременно и конечный результат зависит от того, какой из них был первым, называются состояниями состязания..
Межпроцессное взаимодействие (InterProcess Communication (IPC)) решает три основных вопроса:
1. Передача информации от одного процесса другому.
2. Совместная работа процессов без создания взаимных помех.
3. Определения правильной последовательности выполнения взаимозависимых процессов.
Основным способом предотвращения проблем в этой и любой другой ситуации, связанной с совместным использованием памяти, файлов и чего-либо еще, является запрет одновременной записи и чтения разделенных данных более чем одним процессом. Говоря иными словами, необходимо взаимное исключение. Это означает, что в тот момент, когда один процесс использует разделенные данные, другому процессу это делать будет запрещено.
Часть программы, в которой есть обращение к совместно используемым данным, называется критической областью или критической секцией. Если нам удастся избежать одновременного нахождения двух процессов в критических областях, мы сможем избежать состязаний.
. Для этого необходимо выполнение четырех условий:
1.Два процесса не должны одновременно находиться в критических областях.
2.В программе не должно быть предположений о скорости или количестве процессоров.
3.Процесс, находящийся вне критической области, не может блокировать другие процессы.
4.Невозможна ситуация, в которой процесс вечно ждет попадания в критическую область.
2.Взаимное исключение с активным ожиданием
Существует несколько способов реализации взаимного исключения с целью избежать вмешательства в критическую область одного процесса при нахождении там другого.
2.1 Запрещение прерываний.
Самое простое решение заключается в запрещении всех прерываний при входе процесса в критическую область и разрешении прерываний при выходе из области. Если прерывания запрещены, то невозможно прерывание по таймеру. Поскольку процессор переключается с одного процесса на другой только по прерыванию, то отключение прерываний исключает передачу процессора другому процессу. Таким образом, запретив прерывания, процесс может спокойно считывать и сохранять совместно используемые данные, не опасаясь вмешательства другого процесса.
И все же было бы неразумно давать пользовательскому процессу возможность запрета прерываний. Представим, что процесс отключил все прерывания и в результате какого-либо сбоя не включил их обратно. Операционная система на этом моменте может закончить свое существование.
С другой стороны, для ядра характерно запрещение прерываний для некоторых команд при работе с переменными или списками. Возникновение прерываний в момент, когда, например, список готовых процессов находится в неопределенном состоянии, могло бы привести к состоянию состязания. Итак, запрет прерываний бывает полезным в самой операционной системе, но это решение неприемлемо в качестве механизма взаимного исключения для пользовательских процессов.