24517

Способы реализации взаимных исключений путем запрещения прерываний, использования блокирующих переменных, системных вызовов

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Поток при входе в критическую секцию запрещает все прерывания а при выходе из критической секции снова их разрешает. Это самый простой но и самый неэффективный способ так как опасно доверять управление системой пользовательскому потоку который может надолго занять процессор а при крахе потока в критической области крах потерпит вся система потому что прерывания никогда не будут разрешены. Для синхронизации потоков одного процесса программист может использовать глобальные блокирующие переменные к которым все потоки процесса имеют прямой...

Русский

2013-08-09

103.83 KB

6 чел.

Вопрос 22. Способы реализации взаимных исключений путем запрещения прерываний, использования блокирующих переменных, системных вызовов.

§4.4.2.Запрещение прерываний.

Поток при входе в критическую секцию, запрещает все прерывания, а при выходе из критической секции снова их разрешает. Это самый простой, но и самый неэффективный способ, так как опасно доверять управление системой пользовательскому потоку, который может надолго занять процессор, а при крахе потока в критической области крах потерпит вся система, потому что прерывания никогда не будут разрешены.

§4.4.3.Блокирующие переменные.

Для синхронизации потоков одного процесса программист может использовать глобальные блокирующие переменные, к которым все потоки процесса имеют прямой доступ.

С каждым разделяемым ресурсом связывается двоичная переменная, которая принимает значение 1, если ресурс свободен (то есть ни один процесс не находится в данный момент в критической секции, связанной с данным процессом), и значение 0, если ресурс занят. На рис. 4.9 показан фрагмент алгоритма потока, использующего для реализации взаимного исключения доступа к разделяемому ресурсу D блокирующую переменную F(D). Перед входом в критическую секцию поток проверяет, свободен ли ресурс D. Если он занят, то проверка циклически повторяется, если свободен, то значение переменной F(D) устанавливается в 0, и поток входит в критическую секцию. После того, как поток выполнит все действия с разделяемым ресурсом D, значение переменной F(D) снова устанавливается равным 1.

Рис. 4.9. Реализация критической секции с использованием

блокирующих переменных

Если все потоки написаны с использованием вышеописанных соглашений, то взаимное исключение гарантируется. При этом они могут быть прерваны ОС в любой момент и в любом месте. Однако, одно ограничение на прерывания все же имеется – операция проверки и установки блокирующей переменной должна быть неделимой. Для этой цели необходимо использовать соответствующие команды проверки-установки (в процессоре Pentium это BTC, BTR, BTS) или специальные системные примитивы атомарных операций.

Поясним это. Пусть в результате проверки переменной поток определил, что ресурс свободен, но сразу после этого, не успев установить переменную в 0, был прерван. За время его приостановки другой поток занял ресурс, вошел в свою критическую секцию, но также был прерван, не завершив работы с разделяемым ресурсом. Когда управление было возвращено первому потоку, он, считая ресурс свободным, установил признак занятости и начал выполнять свою критическую секцию. Таким образом, был нарушен принцип взаимного исключения, что потенциально может привести к нежелательным последствиям.

Данный способ реализации взаимного исключения имеет существенный недостаток: пока ресурс занят, поток, ожидающий его освобождения, будет непрерывно опрашивать блокирующую переменную, бесполезно тратя процессорное время, которое может быть использовано для выполнения какого-нибудь другого потока.

Для устранения этого недостатка в ОС Windows для работы с критическими секциями используются специальные системные вызовы: EnterCriticalSection() и LeaveCriticalSection().

При входе в критическую секцию (рис. 4.10) поток выполняет системный вызов EnterCriticalSection(), в рамках которого вначале выполняется проверка блокирующей переменной необходимого ресурса. Если ресурс занят, то циклический опрос далее не выполняется, а поток переводится в состояние ожидания освобождения ресурса D. Поток, который в это время использует ресурс D, после выхода из критической секции должен вызвать системную функцию LeaveCriticalSection(), в результате чего ресурс освобождается. ОС просматривает очередь ожидающих этот ресурс потоков и переводит поток, ожидающий событие D, в состояние «готовность».

Рис. 4.10. Реализация критической секции с использованием

системных функций


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60389. Пригоди сонячного зайчика 34 KB
  Матеріали: іграшковий котик миска з водою дитячі музичні інструменти гімнастичні палиці. На імпровізованій доріжці сидить котик. Хто це сидить на доріжці Котик. Доторкніться до нього погладьте і скажіть який котик Волохатий пухнастий.
60390. Морально - естетичне виховання 1.31 MB
  Торкнутия краси можна тільки серцем Його величність хліб. Купуйте куштуйте усі бараболю Варте і смажте із сіллю й без солі Сто страв господиня з картоплі зготує Картопля як хліб усіх нагодує.
60393. Збірник математичних задач екологічного змісту 424 KB
  Сільські райони щорічно споживають 840 м3 води на одну людину Яка кількість води щорічно потрібна нашому селу населення якого близько 3060 чоловік Відповідь. Якої ширини була створена доріжка біля газону Відповідь.
60394. Збірник перевірочних вправ та тестів: У світі тварин 7.06 MB
  It was a warm, sunny day in the spring. A large brown hen had brought her chicks outdoors. She was scratching in the dirt in the barnyard. The chicks were imitating her.
60395. Міжпредметні зв’язки на уроках української мови (збірник дидактичних матеріалів) 355.5 KB
  Поясніть розділові знаки. Поясніть особливості відмінювання кожного із займенників. Запишіть фонетичною транскрипцією перше речення поясніть правопис виділених слів.