Bài giảng Hệ điều hành - Chương 2: Đồng bộ hóa tiến trình (Lương Minh Huấn)

Chia sẻ: Bạch Khinh Dạ Lưu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:72

Thêm vào BST

Báo xấu

76
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hệ điều hành - Chương 2: Đồng bộ hóa tiến trình (Lương Minh Huấn) có nội dung trình bày tổng quan về giao tiếp tiến trình; tài nguyên găng, đoạn găng; vấn đề đồng bộ hóa; giải pháp phần mềm; các giải pháp phần cứng; semaphore; monitors; giải pháp trao đổi thông điệp; các ví dụ kinh điển;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hệ điều hành - Chương 2: Đồng bộ hóa tiến trình (Lương Minh Huấn)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN CHƯƠNG 2 BÀI: ĐỒNG BỘ HÓA TIẾN TRÌNH GV: LƯƠNG MINH HUẤN
NỘI DUNG I. Tổng quan giao tiếp tiến trình II. Tài nguyên găng, đoạn găng III. Vấn đề đồng bộ hóa IV. Giải pháp phần mềm V. Các giải pháp phần cứng VI. Semaphore VII.Monitors VIII.Giải pháp trao đổi thông điệp. IX. Các ví dụ kinh điển
I. TỔNG QUAN GIAO TIẾP TIẾN TRÌNH ➢Tiến trình độc lập: không ảnh hưởng và không bị ảnh hưởng bởi việc thực thi của các tiến trình khác. ➢Tiến trình hợp tác (không độc lập): có thể ảnh hưởng và bị ảnh hưởng bởi việc thực thi của các tiến trình khác. ➢Ưu điểm của việc hợp tác tiến trình: ▪ Chia sẻ thông tin ▪ Tăng tốc tính toán (xử lý song song): thời gian I/O và thời gian CPU ▪ Tính module hóa ▪ Tiện lợi
HỢP TÁC BẰNG VIỆC CHIA SẺ ➢Các tiến trình sử dụng và cập nhập dữ liệu chia sẻ như các biến, file và cơ sở dữ liệu dùng chung. ➢Thao tác ghi phải độc lập từng đôi một để ngăn ngừa tình trạng đụng độ, có thể dẫn đến tính không toàn vẹn dữ liệu. ➢Các miền găng dùng để cung cấp sự toàn vẹn dữ liệu. ➢Một tiến trình đòi hỏi miền găng phải không bị chờ mãi mãi: deadlock hoặc starvation.
HỢP TÁC BẰNG VIỆC GIAO TIẾP ➢Giao tiếp cung cấp phương cách để đồng bộ hóa nhiều hoạt động. ➢Có khả năng deadlock ▪ Mỗi tiến trình đều chờ thông điệp từ một tiến trình khác. ➢Có khả năng xảy ra tình trạng đói (starvation) ▪ Hai tiến trình gởi thông điệp cho nhau trong khi một tiến trình khác chờ thông điệp.
CÁC VẤN ĐỀ ➢Tranh chấp ▪ Nhiều tiến trình truy xuất đồng thời một tài nguyên mang bản chất không chia sẻ được. • Vấn đề tranh đoạt điều khiển (race condition) ▪ Kết quả? • Khó biết, nhưng thường là sai. ▪ Luôn luôn nguy hiểm? • Nếu cân nhắc kỹ càng có thể giảm bớt sự nguy hiểm.
CÁC VẤN ĐỀ ➢Phối hợp ▪ Các tiến trình không biết tương quan xử lý của nhau để điều chỉnh hoạt động nhịp nhàng. • Phối hợp xử lý (Rendez-vous) ▪ Kết quả: khó biết, thường không ăn khớp.
TRANH ĐOẠT ĐIỀU KHIỂN ➢Ai sẽ thắng?
PHỐI HỢP HÀNH ĐỘNG
PHỐI HỢP HÀNH ĐỘNG
II. TÀI NGUYÊN GĂNG – ĐOẠN GĂNG ➢Những tài nguyên có nguy cơ bị hư hỏng, sai lệch khi được hệ điều hành chia sẻ đồng thời cho nhiều tiến trình được gọi là tài nguyên găng (critical resource). ➢Tài nguyên găng có thể là thiết bị vật lý hoặc dữ liệu dùng chung ➢Ví dụ:
TÀI NGUYÊN GĂNG ➢Trường hợp chỉ còn 1 vé (SCA=1): ➢Tài nguyên găng là biến SCA đã bị tranh chấp.
ĐOẠN GĂNG ➢Đoạn găng (Critical Section) hay miền găng là đoạn mã có tác động đến các tài nguyên găng, chỉ cho phép một tiểu trình (tiến trình) thi hành tại một thời điểm. ▪ Tiểu trình (tiến trình) được gọi là đi vào miền găng. ▪ Loại trừ hỗ tương và miền găng là hai khái niệm cùng một mục đích.
ĐOẠN GĂNG ➢Cấu trúc chương trình khi có đoạn găng {kiểm tra và xác lập quyền vào đoạn găng} {xác nhận khi rời đoạn găng}
III. VẤN ĐỀ ĐỒNG BỘ HÓA ➢Khi có nhiều tiến trình sử dụng tài nguyên găng thì phải đồng bộ. ➢Mục đích là để đảm bảo không có một tiến trình nằm trong đoạn găng. ➢Cần thỏa mãn 3 điều kiện: ▪ Loại trừ lẫn nhau (Mutual Exclusion). ▪ Tiến triển (Progress) ▪ Chờ đợi hữu hạn (Bounded waiting).
III. VẤN ĐỀ ĐỒNG BỘ HÓA ➢Mutual Exclusion: Không có hai tiến trình cùng ở trong miền găng cùng lúc. ➢Progess: Một tiến trình tạm dừng bên ngoài miền găng không được ngăn cản các tiến trình khác vào miền găng ➢Bounded Waiting: Không có tiến trình nào phải chờ vô hạn để được vào miền găng.
CÁC GIẢI PHÁP ĐỒNG BỘ HÓA ➢Nhóm giải pháp Busy Waiting: tiếp tục tiêu thụ CPU trong khi chờ đợi vào miền găng. Không đòi hỏi sự trợ giúp của hệ điều hành. ▪ Phần mềm • Giải pháp của Peterson • Sử dụng các biến cờ hiệu • Sử dụng việc kiểm tra luân phiên ▪ Phần cứng • Cấm ngắt • Chỉ thị TSL
CÁC GIẢI PHÁP ĐỒNG BỘ HÓA ➢Nhóm giải pháp Sleep wakeup: từ bỏ CPU khi chưa được vào CS (miền găng). Khi CS trống sẽ được đánh thức để vào CS. Cần được hệ điều hành hổ trợ. ▪ Semophore ▪ Monitor ▪ Message
IV. GIẢI PHÁP PHẦN MỀM ➢Sử dụng biến cờ hiệu:
IV. GIẢI PHÁP PHẦN MỀM ➢Có thể mở rộng cho n tiến trình. ➢Không bảo đảm mutual exclusion. ➢Bản thân đoạn code kiểm tra và dành quyền cũng là miền găng (CS).