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

33233. Шунт 13.32 KB
  Устройство и принципы работы датчиков движения и присутствия Датчики движения и присутствия автоматически включают выключают освещение в помещении в зависимости от интенсивности естественного потока света и или присутствия людей. Датчики движения более просты по конструкции и реагируют только на активные движения например идущего человека.
33234. Электрическая цепь, Устройство трансформатора 13.12 KB
  Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов образующих путь для электрического тока электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе ЭДС электродвижущая сила и электрическом напряжении. trnsformo преобразовывать это статическое электромагнитное устройство имеющее две или более индуктивно связанных обмоток на какомлибо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем напряжений переменного тока в...
33235. Зако́н О́ма 13.08 KB
  закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна электродвижущей силе источника деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.
33236. Последовательное и параллельное соединения в электротехнике 13.47 KB
  Режим при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута а на зажимы первичной обмотки подано переменное напряжение называется холостым ходом трансформатора. Если к первичной обмотке подвести напряжение U1 по ней потечет ток который обозначим I0. Магнитный поток Ф возбуждаемый первичной обмоткой индуктирует во вторичной обмотке э. Тот же самый магнитный поток индуктирует в первичной обмотке э.
33237. Первый закон Кирхгофа 13.56 KB
  2Сердечник статора набирается из стальных пластин толщиной 035 или 05 мм. В продольные пазы статора укладывают проводники его обмотки которые соответствующим образом соединяют между собой образуя трехфазную систему. Для подключения обмоток статора к трехфазной сети они могут быть соединены звездой или треугольником что дает возможность включать двигатель в сеть с двумя различными линейными напряжениями. Для более низких напряжений указанных на щитке обмотки статора соединяются в треугольник для более высоких в звезду.
33238. Работа электрического тока 13.09 KB
  Мощность электрического тока показывает работу тока совершенную в единицу времени и равна отношению совершенной работы ко времени в течение которого эта работа была совершена.
33239. Второй закон Кирхгофа 13.06 KB
  В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на всех его участках
33240. Магни́тное по́ле 13.55 KB
  Принцип работы асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля возникающего при прохождении трехфазного переменного тока по обмоткам обмоткам статора с током индуктированным полем статора в обмотках ротора в результате чего возникают механические усилия заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля при условии что частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n1 .
33241. Электромагнит 13.3 KB
  Обычно электромагнит состоит из обмотки и ферромагнитного сердечника который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке ток Регулирование скорости асинхронного двигателя Наиболее распространены следующие способы регулирования скорости асинхронного двигателя: изменение дополнительного сопротивления цепи ротора изменение напряжения подводимого к обмотке статора двигателя изменение частоты питающего напряжения а также переключение числа пар полюсов. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя путем введения...