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

24715. Токовая направленная защита нулевой последовательности. Выбор уставок 127 KB
  Выдержки времени на защитах НТЗ НП действующих при одном направлении мощности выбираются по ступенчатому принципу. Здесь КАО пускового реле реагирующего на появление КЗ на землю KW0 реле направления мощности реле времени КТ. Отсечки НП выполняются направленными и ненаправленными мгновенными и с выдержкой времени. Схема отсечки с выдержкой времени выполняется так же как и для МТЗ НП рис.
24716. Защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью 118 KB
  Защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью. С изолированной нейтралью работают сети напряжением 635 кВ. Однофазное замыкание в сети с изолированной нейтралью не сопровождается появлением больших токов КЗ т. ток замыкается на землю через очень большие сопротивления емкостей фаз сети.
24717. Токовая поперечная дифференциальная защита линий 165 KB
  Токовая поперечная дифференциальная РЗ предназначена для параллельных ЛЭП с общим выключателем. При одностороннем питании параллельных ЛЭП РЗ устанавливается только со стороны источника питания а в сети с двусторонним питанием с обеих сторон параллельных ЛЭП. На одноименных фазах каждой ЛЭП устанавливаются ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации. В действительности в реле протекает ток небаланса IНБ вызванный погрешностью ТТ и некоторым различием первичных токовобусловленным неточным равенством сопротивлений ЛЭП.
24718. Защита электродвигателей от перегрузок и замыканий на землю 146.5 KB
  Защита с тепловым реле. Лучше других могут обеспечить характеристику приближающуюся к перегрузочной характеристике электродвигателя тепловые реле которые реагируют на количество тепла Q выделенного в сопротивлении его нагревательного элемента. Тепловые реле выполняются на принципе использования различия в коэффициенте линейного расширения различных металлов под влиянием нагревания. Основой такого теплового реле является биметаллическая пластина 1 рис.
24719. ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ 160.5 KB
  В качестве ДО используются реле сопротивления PC реагирующие на полное реактивное или активное сопротивление поврежденного участка ЛЭП Z X R. Сопротивление фазы ЛЭП от места установки реле Р до места КЗ точки К пропорционально длине этого участка lРK . Наибольшее значение Zp при котором PC срабатывает называется сопротивлением срабатывания реле Для обеспечения селективности в сетях сложной конфигурации на ЛЭП с двусторонним питанием ДЗ необходимо выполнять направленными действующими при направлении мощности КЗ от шин в...
24720. Малая группа 44 KB
  Цели: овладение знаниями по таким вопросам как определение малой группы и ее границы классификация малых групп социальнопсихологические характеристики малой группы. Ключевые понятия: малая группа команда организованные спонтанные группы открытые закрытые группы группы членства и референтные группы коллектив структура и развитие малой группы социометрия лидерство групповые нормы конформность групповая сплоченность. Минимальный размер малой группы 2 чел. Количественные признаки малой группы ее нижние и верхние границы ...
24721. Характер 42 KB
  Задачи: определение понятия характер структуры характера его черт взаимосвязи с темпераментом. Ключевые понятия: характер отношение волевые интеллектуальные эмоциональные качества темперамент структура характера черты характера потребности установки интересы акцентуации характера. Структура характера свойства характера зависящие друг от друга связанные друг с другом и образующие целостную организацию. В структуре характера выделяют 2 группы черт: к 1 группе относятся черты выражающие направленность личности устойчивые...
24722. Сознание 44 KB
  Задачи: определение понятия сознание функции сознания слои сознания по Зинченко В. психические состояния человека состояния сознания. Ключевые понятия: понятие сознание слои сознания функции сознания психические состояния человека: определение измерения характеристики виды; состояния сознания. Слои сознания по Зинченко В.
24723. Я-ОБРАЗ 52.5 KB
  Общение с собой: Начало психологии активности. Основы общей психологии. Элементы практической психологии.