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

6 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

52427. Чорнобиль – найбільша трагедія світу 50 KB
  Досліджуючи солі урану він виявив що уран випромінює невидимі промені. фізик і хімік Петербурзької Академії наук невидимі промені назвала радіоактивними а явище випромінювання радіоактивністю. У забруднених зонах спостерігаються масові аномалії тому що радіонукліди потрапивши в організм людини випромінюють радіоактивні промені які руйнують клітини. випромінювання – це потік позитивно заряджених частинок з масою атома Гелію промені – це потік негативно заряджених електронів це потік електромагнітних хвиль подібних до звичайного...
52429. Розпад Радянського Союзу і проголошення незалежності України. (1985 -1991 рр.) 63 KB
  Тип проекту: міжпредметний дослідницько інформаційний творчий груповий. Стадії здійснення проекту: 1. На основі отриманих результатів попередньої підготовки учителі предметники формулюють пізнавальне завдання учасникам проекту виконання яких буде очікуваним результатом та кінцевим продуктом проекту. Повідомляє що проект буде нестандартним оскільки учасникам проекту доведеться проявити свої знання не лише з історії а й з інших наук навчальних предметів.
52430. Систематизація та узагальнення знань учнів з теми “Чотирикутник” 296 KB
  Узагальнити і систематизувати знання учнів про чотирикутники, їх властивості та ознаки. Відпрацьовувати практичні уміння та навички використовувати набуті знання, формувати вміння раціонально використовувати час. Розвивати логічне мислення, вміння аналізувати, робити висновки, геометричну уяву.
52431. Маркетинг у страхуванні 605 KB
  Особливе місце в діяльності страхової компанії відводять маркетингу - методу дослідження страхового ринку і впливу на нього з метою отримання компанією якомога більшого прибутку.
52432. Чотирикутники. Урок – проект 125.5 KB
  Геометрично точно естетично гарно – Сторони в нього паралельні попарно Рівні завжди і кути протилежні Паралелепіпеди від нього залежні. У паралелограма протилежні сторони та кути рівні. Кути паралелограма які прилягають до однієї сторони – є внутрішніми односторонніми їх сума дорівнює 180. Знайти його кути.
52434. Четырёхугольник и его элементы. Параллелограмм и его свойства 270.5 KB
  Найти градусную меру неизвестного угла. Найти градусную меру неизвестного угла. Найти неизвестный угол четырёхугольника если три его угла равны 60 100 50. Найти: АД и СД.