50615

Моделирование асинхронных вычислительных процессов

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Пять философов прогуливаясь и размышляя время от времени испытывают приступы голода. Рис 41 При конструировании управления в этой задаче следует учитывать самые разнообразные варианты поведения философов. Необходимо организовать действия философов так чтобы они все были накормлены и не случилось бы так что пять философов одновременно войдут в столовую возьмут левую вилку и застынут в ожидании освобождения правой вилки. Голодная смерть всех философов неминуема если никто из них не захочет расстаться па время со своей левой вилкой.

Русский

2014-01-27

86 KB

8 чел.

Лабораторная работа 6

Моделирование асинхронных вычислительных процессов

6.1 Цель работы: научится анализировать наличие и отсутствие дедлоков в параллельной системе

6.2 Краткие теоретические сведения. Сети Петри оказались удобным средством для анализа такого свойства параллельной системы, как наличие или отсутствие дедлоков. Состояние дедлока возникает, когда запрос ресурсов в системе не может быть удовлетворен и система останавливается (ни один переход не может сработать). Это может быть нормальный останов сети, а может быть и следствие конкуренции за ресурсы. В целом дедлоки аналогичны тупиковым ситуациям, возникающим в последовательных вычислительных процессах. Часто встречается одинаковая трактовка в использовании понятий тупика и дедлока.

В современных ОС принято выделять две основных функции управления вычислительным процессом:

  1.  обеспечение вычислительного процесса всеми необходимыми ресурсами (ОЗУ, программные модули и т.д.)
  2.  диспетчеризация процесса (изменение состояния процесса)

При взаимодействии потоков или процессов возможны различные аномалии, то есть некорректное выполнение взаимодействующих потоков/процессов. Например, блокировка, зависание, «голодание» (другие потоки мешают получить доступ к общим ресурсам; более приоритетные захватывают ресурсы).

Моделирование взаимодействующих потоков/процессов на сетях Петри позволяет вскрыть на модели источники возможных аномалий. Рассмотрим следующие примеры.

Пример 1: «Сетевая модель взаимной блокировки двух потоков». Ситуация дедлока приведена на рисунке 1.

Для предотвращения аномалий при конкуренции за обладание общими ресурсами, требуются специальные механизмы. Одним из таких механизмов, рассмотренным при исследовании последовательных процессов являются семафоры.

Пример 2: «Семафорный механизм сетевой модели»

Пример 1. Рассмотрим классическую задачу о пяти обедающих философах. Суть задачи такова. Пять философов, прогуливаясь и размышляя, время от времени испытывают приступы голода. Тогда они заходят в столовую, где стоит круглый стол, на нем всегда приготовлены пять блюд. Между соседними блюдами лежит одна вилка (всего лежат ровно пять вилок). Голодный философ:

  1.  входит в столовую, садится за стол и берет вилку слева;
  2.  берет вилку справа;
  3.  ест (обязательно двумя вилками);
  4.  кладет обе вилки на стол, выходит из столовой и продолжает думать.

Рис 41

При конструировании управления в этой задаче следует учитывать самые разнообразные варианты поведения философов. Рассмотрим некоторые из них.

  1.  Необходимо организовать действия философов так, чтобы они все были накормлены и не случилось бы так, что пять философов одновременно войдут в столовую, возьмут левую вилку и застынут в ожидании освобождения правой вилки. Голодная смерть всех философов неминуема, если никто из них не захочет расстаться па время со своей левой вилкой. Будет не лучше, если они одновременно положат левые вилки, а затем вновь одновременно попытаются завладеть необходимыми двумя вилками. Результат, понятно, тот же. Типичный дедлок в результате попытки дозахватить ресурс (вилку)!

Рис 42

Грубым (неэффективным) приемом, чтобы избежать этой ситуации, является введение ограничения на число философов, допущенных одновременно в столовую. Например, можно пускать в столовую не более четырех философов одновременно. Тогда один из них, по крайней мере, сможет захватить две вилки, поесть и освободить ресурсы (вилки).

  1.  Необходимо также предусмотреть, чтобы два философа одновременно не хватали одну и ту же вилку (зная вспыльчивый характер философов, нетрудно предсказать результат).
  2.  Стеснительный философ не должен умирать голодной смертью из-за того, что его вилки постоянно раньше него хватают напористые соседи.
  3.  Легко представить себе ситуацию, когда банда сговорившихся философов завладеет всеми вилками и, передавая их только в своей среде, уморит голодом всех прочих.

Сеть Петри, задающая управление распределением вилок обедающим философам, строится пошагово. Вначале была сконструирована сеть, управляющая поведением одного (любого) философа (рис. 42). Далее она используется для конструирования сети, управляющей поведением нескольких философов. Разделяемые ресурсы - левые и правые вилки - разных фрагментов сети совмещаются.

Пример 6. Другой пример взаимодействующих процессов показан на рис. 44,а. Здесь производитель П производит детали и оставляет их на складе t5, а потребитель Т забирает их со склада, когда они там есть. Регулирует это взаимодействие место t5. Если необходимо принять во внимание ограниченную вместимость склада, тогда в сеть добавляется место t6 (рис 44,б). Оно определяет наличие места для хранения 10 деталей. Взятие фишки из места t6, может интерпретироваться как взятие разрешения поместить очередную деталь на склад (есть свободное место для хранения).

Рис 44

Сети Петри очень удобны для задания прямого управления в теоретических работах при исследовании параллелизма. К сожалению, их трудно оказалось использовать в языках программирования как в силу большой времяемкости моделирования их поведения, так и в силу сложности конструирования и отладки заданного ими прямого управления.

6.4 Задание. На основе использования программного симулятора сетей Петри построить сети для задач приведенных в описании раздела 6.3. Провести моделирование построенных сетей. Разобрать, возникающие в процессе моделирования проблемы синхронизации параллельных процессов.

PAGE  - 1 -


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11703. СВЧ - Влагомер тест -100 97.5 KB
  Лабораторная работа № 4 СВЧ Влагомер тест 100 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить принцип работы СВЧ влагомера ТЕСТ100. Измерить влажность калибровочных растворов. Построить график зависимости затухания СВЧ волн от концентрации воды в пробе. Измерить затухание в про
11704. Исследование работы рефрактометра ИРФ - 22 330.5 KB
  Лабораторная работа № 3 Исследование работы рефрактометра ИРФ 22 1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение принципа работы на рефрактометре ИРФ 22. 2. ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ: Рефрактометр ИРФ 22; Дистиллированная вода. Этанол. Четыре контрольные пробы раствора с разл
11705. Создание диаграммы вариантов использования в среде проектирования Rational Rose 498.5 KB
  Лабораторная работа №1 Создание диаграммы вариантов использования в среде проектирования Rational Rose 1 Общие сведения о Rational Rose Компания Rational Software является лидирующей в области создания методологий и программных решений ориентированных на программистов анали...
11706. Защита сетевых ресурсов с помощью разрешений NTFS 16.52 KB
  Лабораторная работа № 6. Защита сетевых ресурсов с помощью разрешений NTFS. Цели: назначить учетным записями группам разрешения доступа к папке и файлу; предоставить пользователям возможность изменятьразрешения доступа к файлам и папкам; предоставить пользователям воз...
11707. Настройка и администрирование сетевых принтеров 27.5 KB
  Лабораторная работа № 7. Настройка и администрирование сетевых принтеров Цель работы: узнать об установке и администрировании сетевых принтеров научиться управлять принтерами и документами а также разрешать распространенные проблемы печати. Выполнил: Слепцов И.
11708. Аудит ресурсов и событий 25.5 KB
  Лабораторная работа №8. Аудит ресурсов и событий. Цели работы: научиться планировать политику аудита настроить аудит для файлов и папок настроить аудит для принтеров просматривать журнал находить события в журнале заархивировать журнал безопасности конфигуриров
11709. Мониторинг ресурсов 16.19 KB
  Лабораторная работа №9. Мониторинг ресурсов. Цели работы: оптимизировать производительность дисков с помощью утилиты Check Disk оснастки Disk Defragmenter сжатия данных и дисковых квот; определить какие из папок на Вашем компьютере являются общими; контролировать общие папки;...
11710. Архивация и восстановление данных 24.25 KB
  Лабораторная работа № 10. Архивация и восстановление данных Цели :научится архивировать данные на компьютере и по сети; Научится создать расписание архивации; Научится настроить варианты архивации в Backup Wizard Мастер архивации; Научится восстанавливать данные. Ход ра
11711. Установка и настройка сетевых служб 27.5 KB
  Лабораторная работа № 11. Установка и настройка сетевых служб. Цели работы: получение практических навыков по установке и настройке служб DHCP и DNS в сетевой среде Windows. Выполнил: Слепцов И. А. Группа: 103ПО. Дата: 12.12.12. Проверил: Антипенков А. В. Ход работы Устано...