3631

Теория с вычислительных процессов

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Процессы. Параллельные процессы. Последовательные процессы Цель работы: Усвоить понятие процесса. Изучить виды процессов и способы их взаимодействия. Рекомендации по выполнению работы 1. проработать материал лекции 9-14 2. При оформлении выполненног...

Русский

2012-11-04

63.5 KB

18 чел.

Процессы. Параллельные процессы. Последовательные процессы

Цель работы: Усвоить понятие процесса. Изучить виды процессов и способы их взаимодействия.

Рекомендации по выполнению работы

1. проработать материал лекции 9-14

2. При оформлении выполненного пункта задания не руководствуйтесь пословицей “краткость- сестра таланта”, расписывайте свои аргументы подробнее

Задания

1. Изложите суть проблем, возникающих в модели системы, описанной притчей о пяти обедающих философах.

2. Объясните, каким образом совокупность обычных операторов последовательного программирования может быть взята за основу структуры последовательных взаимодействующих процессов.

3. Опишите структуру и способ построения системы, в которой ограниченное число физических ресурсов, таких, как диски и печатающие устройства, разделено между большим количеством процессов с переменной потребностью в этих ресурсах.

Задание 1

Изложите суть проблем, возникающих в модели системы, описанной притчей о пяти обедающих философах.

Решение

В компьютерных науках параллелизм — это свойство систем, при котором несколько вычислений выполняются одновременно, и при этом, возможно, взаимодействуют друг с другом. Вычисления могут выполняться на нескольких ядрах одного чипа с вытесняющим разделением времени потоков вычислений на одном процессоре, либо выполняться на физически отдельных процессорах.

Поскольку вычисления в параллельных системах взаимодействуют друг с другом, число возможных путей выполнения может быть чрезвычайно велико, и результирующий итог может стать недетерминированным. Параллельное использование общих ресурсов может стать одним из источников недетерминированности, приводящей к таким проблемам, как взаимная блокировка или фатальный недостаток ресурсов.

Проблема обедающих философов — классическая проблема с параллелизмом и разделяемыми ресурсами.

Формулировка задачи, предложенная Эдсгером Дейкстрой, заключается в следующем:

В одном пансионе, открытом богатым филантропом, были собраны пять знаменитых философов. Предаваясь размышлениям, они независимо друг от друга заходили обедать в общую столовую. В столовой стоял стол, вокруг которого был поставлены стулья. Каждому философу свой стул. Слева от философа лежало по вилке, а в центре стола стояла большая тарелка спагетти. Спагетти можно было есть только двумя вилками, а потому, сев за стол, философ должен был взять вилку соседа справа (если она, конечно, свободна).

Кроме проблемы создания модели такой системы, существуют также проблемы ее анализа. Существует вероятность того, что кто-либо из философов может так и не приступить к еде, т.к. одна из вилок или даже обе вместе могут быть постоянно заняты. А если они сядут за стол одновременно, то возникает вариант взаимной блокировки всех философов.

Решение задачи заключается в обеспечении согласованного доступа нескольких потоков к разделяемым ресурсам.

Задание 2

Объясните, каким образом совокупность обычных операторов последовательного программирования может быть взята за основу структуры последовательных взаимодействующих процессов.

Решение

Последовательным называется процесс, имеющий в алфавите символ естественно, что это событие может быть только последним в работе процесса. По этой причине мы ставим условием, что  не может служить альтернативой в конструкции выбора:

{х : В->Р{х)) неверно, если В

При проектировании процесса для решения некоторой сложной задачи часто бывает полезно разбить ее на две под­задачи, одна из которых успешно завершается до начала другой. Если Р и Q— последовательные процессы с одним и тем же алфавитом, их последовательная композиция Р; Q представляет собой процесс, ведущий себя сначала как Р, а после успешного завершения Р продолжающий вести себя как Q. Если успешного завершения Р не происходит, то не завершается и (Р; Q) .

Последовательность символов называется предложением процесса Р, если после выполнения соответствующей последовательности действий Р успешно завершается. Множество всех таких предложений называется языком, допускаемым Р. Таким образом, обозначения, введенные для описания последовательных процессов, можно использовать и для определения грамматики простого языка типа тех, что применяются при взаимодействии человека с машиной.

Законы для последовательной композиции аналогичны законам для конкатенации протоколов, а ПРОПУСК играет роль единицы:

Взаимодействие процессов между собой необходимо для синхронизации исполнения процессов между собой, обеспечению совместного использования ресурсов и т. д. Таким образом, взаимодействующие процессы представляют собой обычные совокупности операторов последовательного программирования с реализованным взаимодействием между ними.

Задание 3

Опишите структуру и способ построения системы, в которой ограниченное число физических ресурсов, таких, как диски и печатающие устройства, разделено между большим количеством процессов с переменной потребностью в этих ресурсах.

Решение

При построении системы, в которой ограниченное число физических ресурсов разделено между большим количеством процессов с переменной потребностью в этих ресурсах необходимо предусмотреть методы разрешения конфликтов при попытке совместного использования ресурсов. Для этого используют следующие решения:

  1.  Организация критических секций. В момент вхождения программы в критическую секцию, все действия, которые могут помешать ее исполнению, запрещаются. Их разрешение выполняется только по факту завершения исполнения процесса (его критической секции);
  2.  Семафоры. Механизм семафоров основан на создании некоторые виртуальных ресурсов – семафоров. Процесс, в котором необходимо получить доступ к ресурсу, первоначально обращается к семафору и если он открыт, закрывает его и выполняет требуемые действия. По факту завершения работы, семафор открывается. В случае, если при обращении к семафору он закрыт, процессе ожидает его открытия;
  3.  Планирование ресурсов. Данный метод позволяет избежать ошибки в разрешении конфликтов. Возможны ситуации, когда один и тот же процесс при разрешении конфликтов будет непрерывно получать доступ к требуемому ресурсу, тогда как прочие ресурсы будут бесконечно находиться в очереди.  Для исключения подобных ситуаций выполняется планирование ресурсов (определяется дисциплина обслуживания очереди: первым пришел – первым ушел и т. д.).
  4.  Организация очереди.  Для организации совместного использования печатающих устройств используется очередь FIFO (First In First Out – первым пришел – первым ушел). При получении заявки на печать, в то время, как печатающее устройство используется, поступившая заявка ставится в очередь и обрабатывается после освобождения печатающего устройства.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81557. Свертывающая система крови. Этапы образования фибринового сгустка. Внутренний и внешний пути свертывания и их компоненты 234.47 KB
  При повреждении кровеносного сосуда инициируется каскад реакций, в результате которого образуется сгусток крови - тромб, предотвращающий кровотечение. Основную роль в свёртывании (коагуляции) крови играют тромбоциты и ряд белков плазмы крови. В остановке кровотечения различают 3 этапа. На первом этапе происходит сокращение кровеносного сосуда
81558. Принципы образования и последовательность фукционирования ферментных комплексов прокоагулянтного пути. Роль витамина К в свертывании крови 107.4 KB
  В циркулирующей крови содержатся проферменты протеолитических ферментов: фактор II протромбин фактор VII проконвертин фактор IX Кристмаса фактор X Стюарта. Находящиеся в крови факторы V акцелерин и VIII антигемофильный фактор а также мембранный белок тканевый фактор ТФ фактор III являются белкамиактиваторами этих ферментов. Комплекс XVСа2 протромбиназный комплекс активирует протромбин фактор II. В процессе реализации тромбогенного сигнала проферменты факторы VII IX X и II частичным протеолизом превращаются в...
81559. Основные механизмы фибринолиза. Активаторы плазминогена как тромболитические средства. Основаные антикоагулянты крови: антитромбин III, макроглобулин, антиконвертин. Гемофилии 154.37 KB
  Основаные антикоагулянты крови: антитромбин III макроглобулин антиконвертин. Такие ингибиторы ферментов свёртывания крови как α2макроглобулин α1антитрипсин и комплекс антитромбин IIIгепарин также обладают небольшой фибринолитической активностью. Снижение фибринолитической активности крови сопровождается тромбозами. Нарушение разрушения фибринового сгустка может быть вызвано наследственным дефицитом плазминогена или генетическим дефектом его структуры снижением поступления в кровь активаторов плазминогена повышением содержания в крови...
81560. Клиническое значение биохимического анализа крови 101.37 KB
  Среди медицинских анализов особенное значение имеет анализ крови связующего звена между всеми системами и органами тела. Распространенным лабораторным методом изучения ее состава является биохимический анализ крови. В связи со своей универсальностью биохимический анализ крови назначается врачами разных медицинских специальностей терапевтами кардиологами гастроэнтерологами ревматологами и другими.
81561. Основные мембраны клетки и их функции. Общие свойства мембран: жидкостность, поперечная асимметрия, избирательная проницаемость 106.22 KB
  Все клетки имеют мембраны. Мембраны ответственны за выполнение многих важнейших функций клетки. К основным функциям мембран можно отнести: отделение клетки от окружающей среды и формирование внутриклеточных компартментовотсеков; контроль и регулирование транспорта огромного разнообразия веществ через мембраны; участие в обеспечении межклеточных взаимодействий передаче внутрь клетки сигналов; преобразование энергии пищевых органических веществ в энергию химических связей молекул АТФ.
81562. Липидный состав мембран (фосфолипиды, гликолипиды, холестерин). Роль липидов в формировании липидного бислоя 104.87 KB
  В мембранах присутствуют липиды трёх главных типов фосфолипиды гликолипиды и холестерол холестерин. Липидный состав мембран различен содержание того или другого липида повидимому определяется разнообразием функций выполняемых этими липидами в мембранах. В мембранах эукариотических клеток обнаружено огромное количество разных фосфолипидов причём они распределены неравномерно по разным клеточным мембранам. В плазматических мембранах клеток в значительных количествах содержатся сфингомиелины.
81563. Белки мембран - интегральные, поверхностные, «заякоренные». Значение посттрансляционных модификаций в образовании функциональных мембранных белков 104.74 KB
  Мембранные белки контактирующие с гидрофобной частью липидного бислоя должны быть амфифильными. Белки мембран различаются по своему положению в мембране. Они могут глубоко проникать в липидный бислой или даже пронизывать его интегральные белки либо разными способами прикрепляться к мембране поверхностные белки. Поверхностные белки.
81564. Механизмы переноса веществ через мембраны: простая диффузия, первично-активный транспорт (Nа+-К+-АТФаза, Са2+-АТФаза), пассивный симпорт и антипорт, вторично-активный транспорт 106.69 KB
  Перенос некоторых неорганических ионов идёт против градиента концентрации при участии транспортных АТФаз ионных насосов. АТФазы различаются по ионной специфичности количеству переносимых ионов направлению транспорта. В результате функционирования АТФазы переносимые ионы накапливаются с одной стороны мембраны.
81565. Трансмембранная передача сигнала. Участие мембран в активации внутриклеточных регуляторных систем - аденилатциклазной и инозитолфосфатной в передаче гормонального сигнала 109.02 KB
  Важное свойство мембран - способность воспринимать и передавать внутрь клетки сигналы из внешней среды. \"Узнавание\" сигнальных молекул осуществляется с помощью белков-рецепторов, встроенных в клеточную мембрану клеток-мишеней или находящихся в клетке. Клетку-мишень определяют по способности избирательно связывать данную сигнальную молекулу