Лабораторная работа №6 по О-Средам / ОС6
.DOC
Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет
Кафедра: АСОИУ
Лабораторная работа №6
по курсу
«Операционные среды АСОИУ»
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ БУФЕРИЗАЦИИ СООБЩЕНИЙ
Преподаватель:
Широков Владимир Владимирович
Выполнили:
Студенты гр.9331
Захаров Илья
Мазманов Денис
Степуленок Денис
Студентка гр.9332
Воронкина Ирина
Санкт-Петербург 2003
Цель работы - изучение метода обмена сообщениями между процессами с помощью буфера.
Общие сведения
Буферизация является средством согласования скорости записи сообщений одним процессом и скорости их чтения другим. При этом буфер является общим, разделяемым объектом для пишущего и читающего процессов.
Существуют следующие требования к алгоритмам функционирования буфера:
1) нельзя записать сообщение в полный буфер; процесс, делающий такую попытку, должен быть блокирован до появления свободной ячейки в буфере;
2) нельзя прочитать сообщение из пустого буфера; процесс, делающий такую попытку, должен быть блокирован до появления сообщения в буфере.
Как правило, механизмы синхронизации записи в буфер и чтения из буфера являются скрытыми для пользователя, которому предоставляются лишь примитивы СОЗДАТЬ, УНИЧТОЖИТЬ, ЗАПИСАТЬ и ПРОЧИТАТЬ, внешне напоминающие работу с файлами.
Простейший вариант синхронизации записи и чтения для буфера размером в 1 ячейку памяти был рассмотрен в лабораторной работе 5. В данной работе рассматривается общий случай буфера размером в N элементов.
Структура буфера
Буфер представляет собой массив из N элементов определенного типа. Состояние буфера описывается количеством сообщений n, находящихся в буфере, и двумя индексами - индексом out чтения и индексом in записи.
Запись в буфер предваряется проверкой условия "буфер полон", т. е. n = N, а чтение из буфера - проверкой условия "буфер пуст", т. е. n = 0.
Выполнение условия "буфер полон" означает, что скорость записи превысила скорость чтения, а выполнение условия "буфер пуст" означает, что скорость чтения выше скорости записи. В нормальном состоянии значение индекса записи немного превышает значение индекса чтения, что иллюстрируется следующим рисунком:
-------------------¬
¦ ¦
+------------------+
¦//////////////////¦ ---------> Out чтение
+------------------+
¦//////////////////¦ (Следующее чтение)
+------------------+
¦//////////////////¦
+------------------+
Запись in ------> ¦ ¦
+------------------+
(Следующая запись) ¦ ¦
L-------------------
Обычно буфер рассматривается как кольцевой, т. е. после записи в последнюю ячейку буфера запись продолжается с первой ячейки, чтение осуществляется аналогично.
Синхронизация записи и чтения реализуется использованием очередей ожидания двух видов:
- очереди процессов, ждущих записи, когда буфер полон;
- очереди процессов, ждущих чтения, когда буфер пуст.
Описание буфера
Представим буфер в виде объекта:
TBuffer = Object in, out : [0..N-1]; n : [0..N]; Buf : Array[0..N-1] Of AnyType; ReadList, WriteList : TList; Constructor Init; Destructor Done; Virtual; Procedure Write(M : AnyType); Procedure Read(Var M : AnyType); Procedure Wait_Read; Procedure Signal_Read; Procedure Wait_Write; Procedure Signal_Write; End {TBuffer}. Constructor TBuffer.Init; Begin in := 0; out := 0; n := 0; ReadList.Init; WriteList.Init; End {TBuffer.Init}; Destructor TBuffer.Done; Begin ReadList.Done; WriteList.Done; End {TBuffer.Done};
Синхронизация записи и чтения реализуется следующими четырьмя методами объекта - буфера.
Procedure TBuffer.Wait_Read; {заставляет процесс ждать чтения, если буфер пустой} Var Предыдущий : Процесс; Begin Предыдущий := Текущий; ReadList.Включить(Предыдущий); Текущий := Очередь_готовых.Первый; Очередь_готовых.Извлечь(Текущий); Передать_управление(Предыдущий, Текущий); End {TBuffer.Wait_Read}; Procedure TBuffer.Wait_Write; {заставляет процесс ждать записи, если буфер полный} Var Предыдущий : Процесс; Begin Предыдущий := Текущий; WriteList.Включить(Предыдущий); Текущий := Очерередь_готовых.Первый; Очередь_готовых.Извлечь(Текущий); Передать_управление(Предыдущий, Текущий); End {TBuffer.Wait_Write}; Procedure TBuffer.Signal_Read; {"сигнализирует" о том, что произведена запись и возможна активизация одного из процессов, ждущих чтения} Var Локальный : Процесс; Begin Локальный := ReadList.Первый; If Локальный <> NIL Then Begin {очередь не пустая} ReadList.Извлечь(Локальный); Очередь_готовых.Включить(Локальный); End {If}; End {TBuffer.Signal_Read}; Procedure TBuffer.Signal_Write; {"сигнализирует" о том, что произведено чтение и возможна активизация одного из процессов, ждущих записи} Var Локальный : Процесс; Begin Локальный := WriteList.Первый; If Локальный <> NIL Then Begin {очередь не пустая} WriteList.Извлечь(Локальный); Очередь_готовых.Включить(Локальный); End {If}; End {TBuffer.Signal_Write}; Procedure TBuffer.Write(M : AnyType); Begin Запретить прерывания; If n = N Then Wait_Write; {буфер полный} n := n + 1; Buf[in] := M; in := (in + 1) MOD N; Signal_Read; Разрешить прерывания; End {TBuffer.Write}; Procedure TBuffer.Read(Var M : AnyType); Begin Запретить прерывания; If n = 0 Then Wait_Read; {буфер пустой} n := n - 1; М := Buf[out]; out := (out + 1) MOD N; Signal_Write; Разрешить прерывания; End {TBuffer.Read};
В методах Signal_Read и Signal_Write управление не передается активизируемым процессам, а они лишь ставятся в очередь готовых процессов. Это может породить неопределенность, так как неизвестно, что будет с буфером, когда до их выполнения дойдет очередь. Поэтому активизацию процессов лучше выполнять не до включения в очередь готовых процессов, а до передачи управления активизируемому процессу. Метод Signal_Read для этого случая представлен ниже, а метод Signal_Write реализуется аналогично.
Procedure TBuffer.Signal_Read; Var Предыдущий, Локальный : Процесс; Begin Локальный := ReadList.Первый; If Локальный <> NIL Then Begin {очередь не пустая} Предыдущий := Текущий; Текущий := Локальный; ReadList.Извлечь(Локальный); Очередь_готовых.Включить(Предыдущий); Передать_управление(Предыдущий, Текущий); End {If}; End {TBuffer.Signal_Read}.
Содержание задания
1. Реализовать объект - буфер в библиотечном модуле для некоторого типа передаваемых данных.
2. Написать демонстрационную программу, иллюстрирующую работу буфера при различных скоростях записи и чтения сообщений. Скорости записи и чтения можно менять путем изменения количества процессов, пишущих в буфер или читающих из него, или включая операторы задержки между следующими действиями:
- порождением сообщения и записью его в буфер;
- чтением сообщения из буфера и обработкой сообщения.
Отчет должен содержать текст программы с комментариями и библиотечный модуль с реализацией буфера.