Системне програмне забезпечення / Лабораторні / Semestr2 / Lab5

Лабораторна робота N 5

Тема: Синхронизація потоків

Завдання: Скласти програму і запустити процес в якому ініціалізується і заповнюється дійсними числами двомірний масив 3*10 елементів створюються 4-ри потоки в яких виконується:

• в 1-му складаються всі елементи 1-го рядка

• в 2-му від суми парних елементів віднімається сума непарних 2-го рядка

• в 3-му сума додатніх елементів ділиться на суму від’ємних 3-го рядка

• всі результати обчислень передаються в 4-й потік, який в цей час чекає на результати роботи 1...3 потоків за допомогою конструкції:

while (!proceed)

Thread.Sleep(x);

Отримавши результати 4-й потік одразу виводить їх на екран і сумує потім виводить суму всіх 4-х результатів і процес завершується.

Теоритичні відомості:

Важнейшие средства синхронизации

В следующих таблицах приведена информация об инструментах .NET для координации (синхронизации) потоков:

Конструкция	Назначение
Sleep	Блокировка на указанное время
Join	Ожидание окончания другого потока

Простейшие методы блокировки

Конструкция	Назначение	Доступна из других процессов?	Скорость
lock	Гарантирует, что только один поток может получить доступ к ресурсу или секции кода.	нет	быстро
Mutex	Гарантирует, что только один поток может получить доступ к ресурсу или секции кода. Может использоваться для предотвращения запуска нескольких экземпляров приложения.	да	средне
Semaphore	Гарантирует, что не более заданного числа потоков может получить доступ к ресурсу или секции кода.	да	средне

Блокировочные конструкции

(Для автоматической блокировки также могут использоваться контексты синхронизации.)

Конструкция	Назначение	Доступна из других процессов?	Скорость
EventWaitHandle	Позволяет потоку ожидать сигнала от другого потока.	да	средне
Wait and Pulse*	Позволяет потоку ожидать, пока не выполнится заданное условие блокировки.	нет	средне

Сигнальные конструкции

Конструкция	Назначение	Доступна из других процессов?	Скорость
Interlocked*	Выполнение простых не блокирующих атомарных операций.	Да – через разделяемую память	очень быстро
volatile*	Для безопасного не блокирующего доступа к полям.	Да – через разделяемую память	очень быстро

Не блокирующие конструкции синхронизации

Блокирование против ожидания в цикле

Поток может ожидать выполнения некоторого условия, непосредственно прокручивая цикл проверки, например:

while (!proceed) ;

или:

while (DateTime.Now < nextStartTime) ;

Однако это очень расточительная трата процессорного времени: поскольку CLR и операционная система убеждены, что поток выполняет важные вычисления, ему выделяются соответствующие ресурсы. Поток, который крутится в таком состоянии, не считается заблокированным, в отличие от потока, ожидающего на EventWaitHandle (конструкции, обычно используемой для таких задач).

Иногда используется гибрид блокирования и ожидания в цикле:

while (!proceed) Thread.Sleep(x); // "Spin-Sleeping!"

Чем больше x, тем эффективнее используется CPU. Платой за компромисс становится увеличение латентности. При превышении 20 мс накладные расходы незначительны – если условие в while не особенно сложное.

За исключением незначительной задержки эта комбинация блокирования и периодических опросов может работать весьма неплохо (вопросы параллельного доступа к флагу proceed рассматриваются в 4-й части). Возможно, самое частое её использование – когда программист уже потерял надежду запустить в работу более продвинутые сигнальные конструкции!