- •Назначение и функции ос
- •Классификация ос
- •Архитектура ос
- •Управление процессами, состояния процессов, системные очереди.
- •Планирование с динамическими приоритетами
- •Страничное распределение памяти
- •Стратегии работы со страницами памяти
- •Сегментное распределение памяти
- •Сегментно-страничное распределение памяти
- •Процессы и потоки в ос
- •Проблема синхронизации
- •Средства синхронизации и взаимодействия процессов. Семафоры и мьютексы (posix).
- •Средства синхронизации и взаимодействия процессов. Сигналы и события в ос.
- •Управление файловыми системами, виртуальная фс
- •Файловые системы unix, основные принципы, пример реализации - ext2fs.
- •Журналируемые фс, примеры систем, организация системы ntfs.
- •Современные файловые системы на высокопроизводительных платформах xfs, jfs и zfs
- •Сетевая файловая система, кеширование файловых систем
- •Стандарты в области операционных систем
Проблема синхронизации
Процессам часто нужно взаимодействовать друг с другом, например, один процесс может передавать данные другому процессу, или несколько процессов могут обрабатывать данные из общего файла. Во всех этих случаях возникает проблема синхронизации процессов, которая может решаться приостановкой и активизацией процессов, организацией очередей, блокированием и освобождением ресурсов.
Пренебрежение вопросами синхронизации процессов, выполняющихся в режиме мультипрограммирования, может привести к их неправильной работе или даже к краху системы.
-
Средства синхронизации и взаимодействия процессов. Семафоры и мьютексы (posix).
POSIX® (англ. Portable Operating System Interface for Unix — Переносимый интерфейс операционных систем Unix) — набор стандартов, описывающих интерфейсы между операционной системой и прикладной программой.
Одним из первых механизмов, предложенных для синхронизации поведения процессов, стали семафоры, концепцию которых описал Дейкстра (Dijkstra) в 1965 году.
Семафор представляет собой целую переменную, принимающую неотрицательные значения, доступ любого процесса к которой, за исключением момента ее инициализации, может осуществляться только через две атомарные операции: P (от датского слова proberen — проверять) и V (от verhogen — увеличивать). Классическое определение этих операций выглядит следующим образом:
P(S): |
пока S == 0 процесс блокируется; S = S – 1; |
V(S): |
S = S + 1; |
Эта запись означает следующее: при выполнении операции P над семафором S сначала проверяется его значение. Если оно больше 0, то из S вычитается 1. Если оно меньше или равно 0, то процесс блокируется до тех пор, пока S не станет больше 0, после чего из S вычитается 1. При выполнении операции V над семафором S к его значению просто прибавляется 1.
Мью́текс (англ. mutex, от mutual exclusion — «взаимное исключение») — одноместный семафор, служащий в программировании для синхронизации одновременно выполняющихся потоков.
Мьютексы — это один из вариантов семафорных механизмов для организации взаимного исключения. Они реализованы во многих ОС, их основное назначение — организация взаимного исключения для потоков из одного и того же или из разных процессов.
Мьютексы — это простейшие двоичные семафоры, которые могут находиться в одном из двух состояний — отмеченном или неотмеченном (открыт и закрыт соответственно). Когда какой-либо поток, принадлежащий любому процессу, становится владельцем объекта mutex, последний переводится в неотмеченное состояние. Если задача освобождает мьютекс, его состояние становится отмеченным.
Задача мьютекса — защита объекта от доступа к нему других потоков, отличных от того, который завладел мьютексом. В каждый конкретный момент только один поток может владеть объектом, защищённым мьютексом. Если другому потоку будет нужен доступ к переменной, защищённой мьютексом, то этот поток засыпает до тех пор, пока мьютекс не будет освобождён.
Цель использования мьютексов — защита данных от повреждения; однако им порождаются другие проблемы — такие, как взаимная блокировка (клинч) и Состояние гонки.