1.7. Метод передачи эстафеты

В этом решении будет представлен общий метод программирова­ния, который называется передачей эстафеты и использует разделенные двоичные семафоры как для исключения, так и для сигнализации приостановленным процессам. Метод передачи эстафеты можно применить для реализации любых операторов типа await и, таким образом, для реализации произвольной условной синхронизации. Этот метод можно также использовать для точного управления порядком, в котором возобновляются приостановленные процессы.

Процессы-читатели просматривают базу данных, а процессы-писатели и читают, и изменяют ее. Для сохранения непротиворечивости (целостности) базы данных писателям необходим исключительный доступ, но процессы-читатели могут работать параллельно в любом количестве. Простой способ описания такой синхронизации состоит в подсчете процессов каждого типа, которые обращаются к базе дан­ных, и ограничении значений счетчиков. Например, пусть nr и nw — переменные с неотри­цательными целыми значениями, хранящие соответственно число процессов-читателей и процессов-писателей, получивших доступ к базе данных. Нужно избегать плохих состоя­ний, в которых значения обеих переменных положительны или значение nw больше 1:

BAD: (nr > 0 ˄nw > 0) ˅nw>l

Дополняющее множество хороших состояний описывается отрицанием приведенного выше предиката, упрощенным до такого выражения:

RW: (nr == 0 ˅nw == 0) ˄ nw <= 1

Первая часть формулы определяет, что читатели и писатели не могут получать доступ к базе данных одновременно. Вторая часть говорит, что не может быть больше одного активного писателя.

Пред­ставленный здесь метод называется передачей эстафеты из-за способа вы­работки сигналов семафорами. Когда процесс выполняется внутри критической секции, счи­тается, что он получил эстафету, которая подтверждает его право на выполнение. Если некото­рый процесс ожидает условия, которое теперь стало истинным, эстафета передается одному из таких процессов, который в свою очередь выполняет критическую секцию и передает эс­тафету следующему процессу. Если ни один из процессов не ожидает условия, которое стало истинным, эстафета передается следующему процессу, который впервые пытается войти в критическую секцию, т.е. следующему процессу, выполняющему Р (е).

В этом варианте программы, если в момент завершения работы писателя несколько про­цессов-читателей отложены и один продолжает работу, то остальные возобновятся последо­вательно. Первый читатель увеличит nr и возобновит работу второго приостановленного процесса-читателя, который тоже увеличит nr и запустит третий процесс, и так далее. Эста­фета передается от одного приостановленного процесса другому до тех пор, пока все они не возобновятся, т.е. значение переменной nr не станет равным 0. Оператор if про­цесса-писателя сначала проверяет, есть ли приостановленные читатели, затем — есть ли приостановленные писатели. Порядок этих проверок можно свободно изме­нять, поскольку, если есть приостановленные процессы обоих типов, то после завершения протокола выхода писателя сигнал может получить любой из них.