Синхронизация процессов

Часть программы, в которой осуществляется доступ к разделяемому ресурсу, называется критической секцией. Для исключения «эффекта гонок» по отношению к ресурсу, необходимо, что бы в каждый момент времени к критической секции, связанной с этим ресурсом, находился только один процесс (взаимное исключение).

С каждым ресурсом связывается двоичная переменная, принимающая значения 1 – если ресурс свободен, и 0 – если занят.

Алгоритм работы секции

К высоко уровненным средствам синхронизации относятся семафоры.

Семафор (S) - это неотрицательная целая переменная, над которой возможны два вида операций.

§ P(S) – уменьшает S на единицу, если это возможно. Если нет – то процесс, вызвавший P-операцию ждёт пока не сможет уменьшить S.

§ V(S) – увеличивает S на единицу одним неделимым действием.

Когда семафор S принимает значение только 0 или 1, он превращается в блокирующую переменную.

Пример:

Буферный пул состоит из N буферов, по одной записи в каждом. Используется процесс-писатель и процесс-читатель.

Семафора:

e – число пустых буферов

f – число заполненных буферов

b – организация взаимного исключения

int N =256;

int e=N, f=0, b=1;

void Writer() //процесс-писатель

{

while(1)

{

PrepareNextRecord();

P(e); //уменьшить число свободных

P(b); //войти в секцию

AddToBuffer();

V(b); //выйти из секции

V(f); //увеличить число заполненных

}

}

void Read()//процесс-читатель

{

while(1)

{

P(f); //уменьшить число занятых

P(b); //войти в секцию

GetFromBuffer();

V(b); //выйти из секции

V(e); //увеличить число свободных

ProcessRecord();

}

}

Типовые ситуации в использовании семафоров:

1. Взаимное исключение на семафоре – используется двоичный семафор с начальным значением 1. Критические секции кодов всех процессов-участников начинаются с операцией P(S), заканчиваются V(S).

2. Синхронизация на семафоре – используется двоичный семафор с начальным значением 0 (событие ещё не наступило). Процесс, анализирующий наступление события, выполняет операцию V(S), процесс ожидающий наступление события – P(S). Если наступление события ожидают несколько процессов, то каждый из них, выполнив операцию P(S), должен так же выполнить операцию V(S).

3. Семафор как счётчик ресурсов. Для контроля N единиц ресурсов используется семафор S с начальным значением N. Выделение ресурсов сопровождается операцией P(S), освобождение – V(S).