text:
Liên lạc giữa các tiến trình và vấn đề đồng bộ hóa
Chia sẻ: Nguyenhoang Nhan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16
lượt xem 83
download
Liên lạc giữa các tiến trình và vấn đề đồng bộ hóa
Các tiến trình trên nguyên tắc là hoàn toàn độc lập, nhưng thực tế có thể như thế không ? Trong bài này chúng ta sẽ tìm hiểu lý do các tiến trình có nhu cầu liên lạc, các cơ chế hỗ trợ việc liên lạc này cũng như những vấn đề đặt ra khi các tiến trình trao đổi thông tin với nhau.
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Liên lạc giữa các tiến trình và vấn đề đồng bộ hóa
- BÀI 4 : LIÊN LẠC GIỮA CÁC TIẾN TRÌNH & VẤN ĐỀ ĐỒNG BỘ HOÁ Nguồn : 3c.com.vn Các tiến trình trên nguyên tắc là hoàn toàn độc lập, nhưng thực tế có thể như thế không ? Trong bài này chúng ta sẽ tìm hiểu lý do các tiến trình có nhu cầu liên lạc, các cơ chế hỗ trợ việc liên lạc này cũng như những vấn đề đặt ra khi các tiến trình trao đổi thông tin với nhau. I. LIÊN LẠC GIỮA CÁC TIẾN TRÌNH I.1. Nhu cầu liên lạc giữa các tiến trình Trong môi trường đa chương, một tiến trình không đơn độc trong hệ thống , mà có thể ảnh hưởng đến các tiến trình khác , hoặc bị các tiến trình khác tác động. Nói cách khác, các tiến trình là những thực thể độc lập , nhưng chúng vẫn có nhu cầu liên lạc với nhau để : Chia sẻ thông tin: nhiều tiến trình có thể cùng quan tâm đến những dữ liệu nào đó, do vậy hệ điều hành cần cung cấp một môi trường cho phép sự truy cập đồng thời đến các dữ liệu chung. Hợp tác hoàn thành tác vụ: đôi khi để đạt được một sự xử lý nhanh chóng, người ta phân chia một tác vụ thành các công việc nhỏ có thể tiến hành song song. Thường thì các công việc nhỏ này cần hợp tác với nhau để cùng hoàn thành tác vụ ban đầu, ví dụ dữ liệu kết xuất của tiến trình này lại là dữ liệu nhập cho tiến trình khác …Trong các trường hợp đó, hệ điều hành cần cung cấp cơ chế để các tiến trình có thể trao đổi thông tin với nhau. I.2. Các vấn đề nảy sinh trong việc liên lạc giữa các tiến trình Do mỗi tiến trình sỡ hữu một không gian địa chỉ riêng biệt, nên các tiến trình không thể liên lạc trực tiếp dễ dàng mà phải nhờ vào các cơ chế do hệ điều hành cung cấp. Khi cung cấp cơ chế liên lạc cho các tiến trình, hệ điều hành thường phải tìm giải pháp cho các vấn đề chính yếu sau : Liên kết tường minh hay tiềm ẩn (explicit naming/implicit naming) : tiến trình có cần phải biết tiến trình nào đang trao đổi hay chia sẻ thông tin với nó ? Mối liên kết được gọi là tường minh khi được thiết lập rõ ràng , trực tiếp giữa các tiến trình, và là tiềm ẩn khi các tiến trình liên lạc với nhau thông qua một qui ước ngầm nào đó. Liên lạc theo chế độ đồng bộ hay không đồng bộ (blocking / non-blocking): khi một tiến trình trao đổi thông tin với một tiến trình khác, các tiến trình có cần phải đợi cho thao tác
- liên lạc hoàn tất rồi mới tiếp tục các xử lý khác ? Các tiến trình liên lạc theo cơ chế đồng bộ sẽ chờ nhau hoàn tất việc liên lạc, còn các tiến trình liên lạc theo cơ chế nonblocking thì không. Liên lạc giữa các tiến trình trong hệ thống tập trung và hệ thống phân tán: cơ chế liên lạc giữa các tiến trình trong cùng một máy tính có sự khác biệt với việc liên lạc giữa các tiến trình giữa những máy tính khác nhau? Hầu hết các hệ điều hành đưa ra nhiều cơ chế liên lạc khác nhau, mỗi cơ chế có những đặc tính riêng, và thích hợp trong một hoàn cảnh chuyên biệt. II. Các Cơ Chế Thông Tin Liên lạc II.1. Tín hiệu (Signal) Giới thiệu: Tín hiệu là một cơ chế phần mềm tương tự như các ngắt cứng tác động đến các tiến trình. Một tín hiệu được sử dụng để thông báo cho tiến trình về một sự kiện nào đó xảy ra. Có nhiều tín hiệu được định nghĩa, mỗi một tín hiệu có một ý nghĩa tương ứng với một sự kiện đặc trưng. Ví dụ : Một số tín hiệu của UNIX Tín hiệu Mô tả Người dùng nhấn phím DEL để ngắt xử SIGINT lý tiến trình Yêu cầu thoát xử lý SIGQUIT Tiến trình xử lý một chỉ thị bất hợp lệ SIGILL Yêu cầu kết thúc một tiến trình SIGKILL Lỗi floating – point xảy ra ( chia cho 0) SIGFPT Tiến trình ghi dữ liệu vào pipe mà SIGPIPE không có reader
- SIGSEGV Tiến trình truy xuất đến một địa chỉ bất hợp lệ Tiến trình con kết thúc SIGCLD Tín hiệu 1 do người dùng định nghĩa SIGUSR1 Tín hiệu 2 do người dùng định nghĩa SIGUSR2 Mỗi tiến trình sỡ hữu một bảng biễu diễn các tín hiệu khác nhau. Với mỗi tín hiệu sẽ có tương ứng một trình xử lý tín hiệu (signal handler) qui định các xử lý của tiến trình khi nhận được tín hiệu tương ứng. Các tín hiệu được gởi đi bởi : Phần cứng (ví dụ lỗi do các phép tính số học) Hạt nhân hệ điều hành gởi đến một tiến trình ( ví dụ lưu ý tiến trình khi có một thiết bị nhập/xuất tự do). Một tiến trình gởi đến một tiến trình khác ( ví dụ tiến trình cha yêu cầu một tiến trình con kết thúc) Người dùng ( ví dụ nhấn phím Ctl-C để ngắt xử lý của tiến trình) Khi một tiến trình nhận một tín hiệu, nó có thể xử sự theo một trong các cách sau : Bỏ qua tín hiệu Xử lý tín hiệu theo kiểu mặc định Tiếp nhận tín hiệu và xử lý theo cách đặc biệt của tiến trình.
- Hình 3.1 Liên lạc bằng tín hiệu Thảo luận: Liên lạc bằng tín hiệu mang tính chất không đồng bộ, nghĩa là một tiến trình nhận tín hiệu không thể xác định trước thời điểm nhận tính hiệu. Hơn nữa các tiến trình không thể kiểm tra được sự kiện tương ứng với tín hiệu có thật sự xảy ra ? Cuối cùng, các tiến trình chỉ có thể thông báo cho nhau về một biến cố nào đó, mà không trao đổi dữ liệu theo cơ chế này được. II.2. Pipe Giới thiệu: Một pipe là một kênh liên lạc trực tiếp giữa hai tiến trình : dữ liệu xuất của tiến trình này được chuyển đến làm dữ liệu nhập cho tiến trình kia dưới dạng một dòng các byte. Khi một pipe được thiết lập giữa hai tiến trình, một trong chúng sẽ ghi dữ liệu vào pipe và tiến trình kia sẽ đọc dữ liệu từ pipe. Thứ tự dữ liệu truyền qua pipe được bảo toàn theo nguyên tắc FIFO. Một pipe có kích thước giới hạn (thường là 4096 ký tự) Hình 3.2 Liên lạc qua pipe Một tiến trình chỉ có thể sử dụng một pipe do nó tạo ra hay kế thừa từ tiến trình cha. Hệ điều hành cung cấp các lời gọi hệ thống read/write cho các tiến trình thực hiện thao tác đọc/ghi dữ liệu trong pipe. Hệ điều hành cũng chịu trách nhiệm đồng bộ hóa việc truy xuất pipe trong các tình huống:
- Tiến trình đọc pipe sẽ bị khóa nếu pipe trống, nó sẽ phải đợi đến khi pipe có dữ liệu để truy xuất. Tiến trình ghi pipe sẽ bị khóa nếu pipe đầy, nó sẽ phải đợi đến khi pipe có chỗ trống để chứa dữ liệu. Thảo luận: Liên lạc bằng pipe là một cơ chế liên lạc một chiều (unidirectional), nghĩa là một tiến trình kết nối với một pipe chỉ có thể thực hiện một trong hai thao tác đọc hoặc ghi, nhưng không thể thực hiện cả hai. Một số hệ điều hành cho phép thiết lập hai pipe giữa một cặp tiến trình để tạo liên lạc hai chiều. Trong những hệ thống đó, có nguy cơ xảy ra tình trạng tắc nghẽn (deadlock) : một pipe bị giới hạn về kích thước, do vậy nếu cả hai pipe nối kết hai tiến trình đều đầy(hoặc đều trống) và cả hai tiến trình đều muốn ghi (hay đọc) dữ liệu vào pipe(mỗi tiến trình ghi dữ liệu vào một pipe), chúng sẽ cùng bị khóa và chờ lẫn nhau mãi mãi ! Cơ chế này cho phép truyền dữ liệu với cách thức không cấu trúc. Ngoài ra, một giới hạn của hình thức liên lạc này là chỉ cho phép kết nối hai tiến trình có quan hệ cha-con, và trên cùng một máy tính. II.3. Vùng nhớ chia sẻ Giới thiệu: Cách tiếp cận của cơ chế này là cho nhiều tiến trình cùng truy xuất đến một vùng nhớ chung gọi là vùng nhớ chia sẻ (shared memory).Không có bất kỳ hành vi truyền dữ liệu nào cần phải thực hiện ở đây, dữ liệu chỉ đơn giản được đặt vào một vùng nhớ mà nhiều tiến trình có thể cùng truy cập được. Với phương thức này, các tiến trình chia sẻ một vùng nhớ vật lý thông qua trung gian không gian địa chỉ của chúng. Một vùng nhớ chia sẻ tồn tại độc lập với các tiến trình, và khi một tiến trình muốn truy xuất đến vùng nhớ này, tiến trình phải kết gắn vùng nhớ chung đó vào không gian địa chỉ riêng của từng tiến trình, và thao tác trên đó như một vùng nhớ riêng của mình. Hình 3.3 Liên lạc qua vùng nhớ chia sẻ Thảo luận:. Đây là phương pháp nhanh nhất để trao đổi dữ liệu giữa các tiến trình. Nhưng phương thức này cũng làm phát sinh các khó khăn trong việc bảo đảm sự toàn vẹn
- dữ liệu (coherence) , ví dụ : làm sao biết được dữ liệu mà một tiến trình truy xuất là dữ liệu mới nhất mà tiến trình khác đã ghi ? Làm thế nào ngăn cản hai tiến trình cùng đồng thờighi dữ liệu vào vùng nhớ chung ?…Rõ ràng vùng nhớ chia sẻ cần được bảo vệ bằng những cơ chế đồng bộ hóa thích hợp.. Một khuyết điểm của phương pháp liên lạc này là không thể áp dụng hiệu quả trong các hệ phân tán , để trao đổi thông tin giữa các máy tính khác nhau. II.4. Trao đổi thông điệp (Message) Giới thiệu: Hệ điều hành còn cung cấp một cơ chế liên lạc giữa các tiến trình không thông qua việc chia sẻ một tài nguyên chung , mà thông qua việc gởi thông điệp. Để hỗ trợ cơ chế liên lạc bằng thông điệp, hệ điều hành cung cấp các hàm IPC chuẩn (Interprocess communication), cơ bản là hai hàm: Send(message) : gởi một thông điệp Receive(message) : nhận một thông điệp Nếu hai tiến trình P và Q muốn liên lạc với nhau, cần phải thiết lập một mối liên kết giữa hai tiến trình, sau đó P, Q sử dụng các hàm IPC thích hợp để trao đổi thông điệp, cuối cùng khi sự liên lạc chấm dứt mối liên kết giữa hai tiến trình sẽ bị hủy. Có nhiều cách thức để thực hiện sự liên kết giữa hai tiến trình và cài đặt các theo tác send /receive tương ứng : liên lạc trực tiếp hay gián tiếp, liên lạc đồng bộ hoặc không đồng bộ , kích thước thông điệp là cố định hay không … Nếu các tiến trình liên lạc theo kiểu liên kết tường minh, các hàm Send và Receive sẽ được cài đặt với tham số : Send(destination, message) : gởi một thông điệp đến destination Receive(source,message) : nhận một thông điệp từ source Thảo luận: Đơn vị truyền thông tin trong cơ chế trao đổi thông điệp là một thông điệp, do đó các tiến trình có thể trao đổi dữ liệu ở dạng có cấu trúc. II.5. Sockets Giới thiệu: Một socket là một thiết bị truyền thông hai chiều tương tự như tập tin, chúng ta có thể đọc hay ghi lên nó, tuy nhiên mỗi socket là một thành phần trong một mối nối nào đó giữa các máy trên mạng máy tính và các thao tác đọc/ghi chính là sự trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng trên nhiều máy khác nhau. Sử dụng socket có thể mô phỏng hai phương thức liên lạc trong thực tế : liên lạc thư tín (socket đóng vai trò bưu cục) và liên lạc điện thoại (socket đóng vai trò tổng đài) .
- Các thuộc tính của socket: Domaine: định nghĩa dạng thức địa chỉ và các nghi thức sử dụng. Có nhiều domaines, ví dụ UNIX, INTERNET, XEROX_NS, ... Type: định nghĩa các đặc điểm liên lạc: a) Sự tin cậy b) Sự bảo toàn thứ tự dữ liệu c) Lặp lại dữ liệu d) Chế độ nối kết e) Bảo toàn giới hạn thông điệp f) Khả năng gởi thông điệp khẩn Để thực hiện liên lạc bằng socket, cần tiến hành các thao tác :: Tạo lập hay mở một socket Gắn kết một socket với một địa chỉ Liên lạc : có hai kiểu liên lạc tùy thuộc vào chế độ nối kết: a) Liên lạc trong chế độ không liên kết : liên lạc theo hình thức hộp thư: hai tiến trình liên lạc với nhau không kết nối trực tiếp mỗi thông điệp phải kèm theo địa chỉ người nhận. Hình thức liên lạc này có đặc điểm được : người gởi không chắc chắn thông điệp của học được gởi đến người nhận, một thông điệp có thể được gởi nhiều lần, hai thông điệp đượ gởi theo một thứ tự nào đó có thể đến tay người nhận theo một thứ tự khác.
- Một tiến trình sau khi đã mở một socket có thể sử dụng nó để liên lạc với nhiều tiến trình khác nhau nhờ sử hai primitive send và receive. b) Liên lạc trong chế độ nối kết: Một liên kết được thành lập giữa hai tiến trình. Trước khi mối liên kết này được thiết lập, một trong hai tiến trình phải đợi có một tiến trình khác yêu cầu kết nối.Có thể sử dụng socket để liên lạc theo mô hình client-serveur. Trong mô hình này, server sử dụng lời gọi hệ thống listen và accept để nối kết với client, sau đó , client và server có thể trao đổi thông tin bằng cách sử dụng các primitive send và receive. Hủy một socket Ví dụ : Trong nghi thức truyền thông TCP, mỗi mối nối giữa hai máy tính được xác định bởi một port, khái niệm port ở đây không phải là một cổng giao tiếp trên thiết bị vật lý mà chỉ là một khái niệm logic trong cách nhìn của người lập trình, mỗi port được tương ứng với một số nguyên dương. Hình 3.4 Các socket và port trong mối nối TCP. Hình 3.4 minh họa một cách giao tiếp giữa hai máy tính trong nghi thức truyền thông TCP. Máy A tạo ra một socket và kết buộc (bind) socket nầy với một port X (tức là một số nguyên dương có ý nghĩa cục bộ trong máy A), trong khi đó máy B tạo một socket khác và móc vào (connect) port X trong máy A. Thảo luận: Cơ chế socket có thể sử dụng để chuẩn hoá mối liên lạc giữa các tiến trình vốn không liên hệ với nhau, và có thể hoạt động trong những hệ thống khác nhau. III. Nhu cầu đồng bộ hóa (synchronisation)
- Trong một hệ thống cho phép các tiến t ình liên lạc với nhau, bao giờ hệ điều hành tr cũng cần cung cấp kèm theo những cơ chế đồng bộ hóa để bảo đảm hoạt động của các tiến trình đồng hành không tác động sai lệch đến nhau vì các lý do sau đây: III.1. Yêu cầu độc quyền truy xuất (Mutual exclusion) Các tài nguyên trong hệ thống được phân thành hai loại: tài nguyên có thể chia sẻ cho phép nhiều tiến trình đồng thời truy xuất, và tài nguyên không thể chia sẻ chỉ chấp nhận một ( hay một số lượng hạn chế ) tiến trình sử dụng tại một thời điểm. Tính không thể chia sẻ của tài nguyên thường có nguồn gốc từ một trong hai nguyên nhân sau đây: Đặc tính cấu tạo phần cứng của tài nguyên không cho phép chia sẻ. Nếu nhiều tiến trình sử dụng tài nguyên đồng thời, có nguy cơ xảy ra các kết quả không dự đoán được do hoạt động của các tiến trình trên tài nguyên ảnh hưởng lẫn nhau. Để giải quyết vấn đề, cần bảo đảm tiến trình độc quyền truy xuất tài nguyên, nghĩa là hệ thống phải kiểm soát sao cho tại một thời điểm, chỉ có một tiến trình được quyền truy xuất một tài nguyên không thể chia sẻ. III.2. Yêu cầu phối hợp (Synchronization) Nhìn chung, mối tương quan về tốc độ thực hiện của hai tiến trình trong hệ thống là không thể biết trước, vì điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố động như tần suất xảy ra các ngắt của từng tiến trình, thời gian tiến trình được cấp phát bộ xử lý… Có thể nói rằng các tiến trình hoạt động không đồng bộ với nhau. Như ng có những tình huống các tiến trình cần hợp tác trong việc hoàn thành tác vụ, khi đó cần phải đồng bộ hóa hoạt động của các tiến t ình , ví dụ một tiến trình chỉ có thể tr xử lý nếu một tiến trình khác đã kết thúc một công việc nào đó … III.3. Bài toán đồng bộ hoá III.3.1. Vấn đề tranh đoạt điều khiển (race condition) Giả sử có hai tiến trình P1 và P2 thực hiện công việc của các kế toán, và cùng chia sẻ một vùng nhớ chung lưu trữ biến taikhoan phản ánh thông tin về tài khoản. Mỗi tiến trình muốn rút một khoản tiền tienrut từ tài khoản: if (taikhoan - tienrut >=0) taikhoan = taikhoan - tienrut;
- else error(« khong the rut tien ! »); Giả sử trong tài khoản hiện còn 800, P1 muốn rút 500 và P2 muốn rút 400. Nếu xảy ra tình huống như sau : Sau khi đã kiểm tra điều kiện (taikhoan - tienrut >=0) và nhận kết quả là 300, P1 hết thời gian xử lý mà hệ thống cho phép, hệ điều hành cấp phát CPU cho P2. P2 kiểm tra cùng điều kiện trên, nhận được kết quả là 400 (do P1 vẫn chưa rút tiền) và rút 400. Giá trị của taikhoan được cập nhật lại là 400. Khi P1 được tái kích hoạt và tiếp tục xử lý, nó sẽ không kiểm tra lại điều kiện (taikhoan - tienrut >=0)-vì đã kiểm tra trong lượt xử lý trước- mà thực hiện rút tiền. Giá trị của taikhoan sẽ lại được cập nhật thành -100. Tình huống lỗi xảy ra ! Các tình huống tương tự như thế - có thể xảy ra khi có nhiều hơn hai tiến trình đọc và ghi dữ liệu trên cùng một vùng nhớ chung, và kết quả phụ thuộc vào sự điều phối tiến trình của hệ thống- được gọi là các tình huống tranh đoạt điều khiển (race condition) . III.3.2. Miền găng (critical section) Để ngăn chặn các tình huống lỗi có thể nảy sinh khi các tiến trình truy xuất đồng thời một tài nguyên không thể chia sẻ, cần phải áp đặt một sự truy xuất độc quyền trên tài nguyên đó : khi một tiến trình đang sử dụng tài nguyên, thì những tiến trình khác không được truy xuất đến tài nguyên. Đoạn chương trình trong đó có khả năng xảy ra các mâu thuẫn truy xuất trên tài nguyên chung được gọi là miền găng (critical section). Trong ví dụ trên, đoạn mã : if (taikhoan - tienrut >=0) taikhoan = taikhoan - tienrut; của mỗi tiến trình tạo thành một miền găng. Có thể giải quyết vấn đề mâu thuẫn truy xuất nếu có thể bảo đảm tại một thời điểm chỉ có duy nhất một tiến trình được xử lý lệnh trong miền găng.
- Một phương pháp giải quyết tốt bài toán miền găng cần thõa mãn 4 điều kiện sau : Không có hai tiến trình cùng ở trong miền găng cùng lúc. Không có giả thiết nào đặt ra cho sự liên hệ về tốc độ của các tiến trình, cũng như về số lượng bộ xử lý trong hệ thống. Một tiến trình tạm dừng bên ngoài miền găng không được ngăn cản các tiến trình khác vào miền găng. Không có tiến trình nào phải chờ vô hạn để được vào miền găng. IV. Tóm tắt Một số tiến trình trong hệ thống có nhu cầu trao đổi thông tin để phối hợp hoạt động, do mỗi tiến trình có một không gian địa chỉ độc lập nên viêc liên lạc chỉ có thể thực hiện thông qua các cơ chế do hệ điều hành cung cấp. Một số cơ chế trao đổi thông tin giữa các tiến trình : Tín hiệu : thông báo sự xảy ra của một sự kiện Pipe : truyền dữ liệu không cấu trúc Vùng nhớ chia sẻ : cho phép nhiều tiến trình truy cập đến cùng một vùng nhớ Trao đổi thông điệp : truyền dữ liệu có cấu trúc, có thể vận dụng trong các hệ phân tán Socket : chuẩn hoán việc liên lạc giữa các hệ thống khác biệt Khi các tiến trình trao đổi thông tin, chia sẻ tài nguyên chung, cần phải đồng bộ hoá hoạt động của chúng chủ yếu do yêu cầu độc quyền truy xuất hoặc phối hợp hoạt động. Miền găng là đoạn lệnh trong chương trình có khả năng phát sinh mâu thuẫn truy xuất. Để không xảy ra mâu thuẫn truy xuất, cần đảm bảo tại một thời điểm chỉ có một tiến trình được vào miền găng. Củng cố bài học Các câu hỏi cần trả lời được sau bài học này :
- 1. Các cơ chế trao đổi thông tin : tình huống sử dụng, ưu, khuyết ? 2. Các yêu cầu đồng bộ hoá ? Bài tập Phân tích các bài toán sau đây và xác định những yêu cầu đồng bộ hoá, miền găng : Bài 1.Bài toán Tạo phân tử H2O Đồng bộ hoạt động của một phòng thí nghiệm sử dụng nhiều tiến trình đồng hành sau để tạo các phân tử H2O: MakeH() // Mỗi tiến trình MakeH tạo 1 nguyên tử H { Make-Hydro(); } MakeO() // Mỗi tiến trình MakeO tạo 1 nguyên tử O { Make-Oxy(); } MakeWater() /* Tiến trình MakeWater hoạt động đồng hành với các tiến trình MakeH, MakeO, chờ có đủ 2 H và 1 O để tạo H2O */ { while (T) Make-Water(); //Tạo 1 phân tử H2O } Bài 2.Bài toán Cây cầu cũ Để tránh sụp đổ, người ta chỉ có cho phép tối đa 3 xe lưu thông đồng thời qua một cây cầu rất cũ. Hãy xây dựng thủ tục ArriveBridge(int direction) và ExitBridge() kiểm soát giao thông trên cầu sao cho : Tại mỗi thời điểm, chỉ cho phép tối đa 3 xe lưu thông trên cầu. Tại mỗi thời điểm, chỉ cho phép tối đa 3 xe lưuthông cùng hướng trên cầu. Mỗi chiếc xe khi đến đầu cầu sẽ gọi ArriveBridge(direction) để kiểm tra điều kiện lên cầu, và khi đã qua cầu được sẽ gọi ExitBridge() để báo hiệu kết thúc.
- Giả sử hoạt động của mỗi chiếc xe được mô tả bằng một tiến trình Car() sau đây: Car(int direction) /* direction xác định hướng di chuyển của mỗi chiếc xe.*/ { RuntoBridge(); // Đi về phía cầu ArriveBridge(direction); PassBridge(); // Qua cầu Exit Bridge(); RunfromBridge(); // Đã qua cầu } Bài 3. Bài toán Qua sông Để vượt qua sông, các nhân viên Microsof và các Linux hacker cùng sử dụng một bến sông và phải chia sẻ một số thuyền đặc biệt. Mỗi chiếc thuyền này chỉ cho phép chở 1 lần 4 người, và phải có đủ 4 người mới khởi hành được. Để bảo đảm an toàn cho cả 2 phía, cần tuân thủ các luật sau : a. Không chấp nhận 3 nhân viên Microsoft và 1 Linux hacker trên cùng một chiếc thuyền. b. Ngược lại, không chấp nhận 3 Linux hacker và 1 nhân viên Microsoft trên cùng một chiếc thuyền. c. Tất cả các trường hợp kết hợp khác đều hợp pháp. d. Thuyền chỉ khởihành khi đã có đủ 4 hành khách. Cần xây dựng 2 thủ tục HackerArrives() và EmployeeArrives() được gọi tương ứng bởi 1 hacker hoặc 1 nhân viên khi họ đến bờ sông để kiểm tra điều kiện có cho phép họ xuống thuyền không ? Các thủ tục này sẽ sắp xếp những người thích hợp có thể lên thuyền. Những người đã được lên thuyền khi thuyền chưa đầy sẽ phải chờ đến khi người thứ 4 xuống thuyền mới có thể khởi hành qua sông. (Không quan tâm đến số lương thuyền hay việc thuyền qua sông rồi trở lại…Xem như luôn có thuyền để sắp xếp theo các yêu cầu hợp lệ) Giả sử hoạt động của mỗi hacker được mô tả bằng một tiến trình Hacker() sau đây: Hacker() {
- RuntoRiver(); // Đi đến bờ sông HackerArrives (); // Kiểm tra điều kiện xuống thuyền CrossRiver(); // Khởi hành qua sông } và hoạt động của mỗi nhân viên được mô tả bằng một tiến trình Employee() sau đây: Employee() { RuntoRiver(); // Đi đến bờ sông EmployeeArrives (); // Kiểm tra điều kiện xuống thuyền CrossRiver(); // Khởi hành qua sông } Bài 4. Bài toán Điều phối hành khách xe bus Hãy tưởng tượng bạn chịu trách nhiệm kiểm soát hành khách lên xe bus tại một trạm dừng. Mỗi xe bus có đủ chỗ cho 10 hành khách. Trong đó 4 chỗ chỉ dành cho khách ngồi xe lăn, 6 chỗ còn lại chỉ dành cho khách bình thường. Công việc của bạn là cho khách lên xe theo đúng qui định chỗ, khi xe đầy khách sẽ khởi hành. Có thể có nhiều xe và nhiều hành khách vào bến cùng lúc, nguyên tắc điều phối sẽ xếp khách vào đầy một xe, cho xe này khởi hành rồi mới điều phối cho xe khác. Giả sử hoạt động điều phối khách của bạn cho 1 chiếc xe bus được mô tả qua tiến trình GetPassengers(); hoạt động của mỗi hành khách tùy loại được mô tả lần lượt bằng tiến trình WheelPassenger() và NonWheelPassenger() sau đây , hãy sửa chữa các đoạn code, sử dụng cơ chế semaphore để thực hiện các nguyên tắc đồng bộ hoá cần thiết. GetPassenger() { ArriveTerminal(); // tiếp nhận một xe vào bến OpenDoor(); // mở cửa xe, thủ tục này xem như đã có for (int i=0; i
- { ArrangeSeat(); // đưa 1 khách vào chỗ } for (int i=0; i
- - Bộ phận sản xuất 1 bánh xe : MakeTires() { // tạo bánh xe và gắn vào khung xe Produce_tire(); Put_tire_to_Chassis(); } Hãy đồng bộ hoạt động trong việc sản xuất xe hơi theo nguyên tắc sau : o Sản xuất một khung xe, o cần có đủ 4 bánh xe cho 1 khung xe được sản xuất ra, sau đó mới tiếp tục sản xuất khung xe khác…
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Chương 7: Đồng bộ hóa tiến trình
55 p | 219 | 62
-
Giáo Trình Hệ Điều Hành – Đồng bộ hóa quá trình
24 p | 154 | 57
-
Giáo Trình Hệ Điều Hành - Chương 5: ĐỒNG BỘ HOÁ QUÁ TRÌNH
24 p | 110 | 45
-
Bài giảng Kỹ thuật phần mềm- Bài 3: Tiến trình phần mềm
0 p | 112 | 43
-
Chương 5: Đồng bộ hóa tiến trình
0 p | 44 | 16
-
chương8 :Liên lạc giữa các tiến trình
29 p | 54 | 14
-
Bài giảng Hệ điều hành - Chương 3: Liên lạc giữa các tiến trình
29 p | 39 | 12
-
Bài giảng hệ điều hành : LIÊN LẠC GIỮA CÁC TIẾN TRÌNH & VẤN ĐỀ ĐỒNG BỘ HOÁ part 1
6 p | 52 | 9
-
Bài giảng hệ điều hành : LIÊN LẠC GIỮA CÁC TIẾN TRÌNH & VẤN ĐỀ ĐỒNG BỘ HOÁ part 2
5 p | 51 | 8
-
Hệ điều hành ( Vũ Đức Lung ) - Chương 5 phần 1
15 p | 45 | 6
-
Bài giảng Hệ điều hành Linux: Quản lý tiến trình
26 p | 15 | 6
-
Bài giảng Hệ điều hành: Chương 5.1 - ThS. Hà Lê Hoài Trung
15 p | 16 | 4
-
Chương V-I: Liên lạc giữa các tiến trình
14 p | 31 | 4
-
Giáo trình Hệ điều hành: Phần 1
48 p | 17 | 3
-
Bài giảng Hệ điều hành: Chương 3 - Hà Duy An (ĐH Cần Thơ)
57 p | 16 | 2
-
Hệ điều hành - Chương V-I: Liên lạc giữa cá tiến trình
0 p | 16 | 2
-
Bài giảng Hệ điều hành: Giao tiếp giữa các tiến trình
61 p | 10 | 1

markdown:
# Liên lạc giữa các tiến trình và vấn đề đồng bộ hóa
Chia sẻ: Nguyenhoang Nhan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16
lượt xem 83
download
![](http://image.tlvnimg.com/document/thumbnail/2009/20091014/hoangnhan123/80x100/lien_lac_giua_cac_tien_trinh_va_van_de_dong_bo_hoa_5346.jpg)
##
Liên lạc giữa các tiến trình và vấn đề đồng bộ hóa
[Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ](javascript:void(0);)
Download
![](http://static.tlvnimg.com/b2013az/templates/version1/default/images/down16x21.png)
Các tiến trình trên nguyên tắc là hoàn toàn độc lập, nhưng thực tế có thể như thế không ? Trong bài này chúng ta sẽ tìm hiểu lý do các tiến trình có nhu cầu liên lạc, các cơ chế hỗ trợ việc liên lạc này cũng như những vấn đề đặt ra khi các tiến trình trao đổi thông tin với nhau.
Bình luận(0)
[Đăng nhập để gửi bình luận!](javascript:void(0);)
##
Nội dung Text: Liên lạc giữa các tiến trình và vấn đề đồng bộ hóa
- BÀI 4 : LIÊN LẠC GIỮA CÁC TIẾN TRÌNH & VẤN ĐỀ ĐỒNG BỘ HOÁ Nguồn : 3c.com.vn Các tiến trình trên nguyên tắc là hoàn toàn độc lập, nhưng thực tế có thể như thế không ? Trong bài này chúng ta sẽ tìm hiểu lý do các tiến trình có nhu cầu liên lạc, các cơ chế hỗ trợ việc liên lạc này cũng như những vấn đề đặt ra khi các tiến trình trao đổi thông tin với nhau. I. LIÊN LẠC GIỮA CÁC TIẾN TRÌNH I.1. Nhu cầu liên lạc giữa các tiến trình Trong môi trường đa chương, một tiến trình không đơn độc trong hệ thống , mà có thể ảnh hưởng đến các tiến trình khác , hoặc bị các tiến trình khác tác động. Nói cách khác, các tiến trình là những thực thể độc lập , nhưng chúng vẫn có nhu cầu liên lạc với nhau để : Chia sẻ thông tin: nhiều tiến trình có thể cùng quan tâm đến những dữ liệu nào đó, do vậy hệ điều hành cần cung cấp một môi trường cho phép sự truy cập đồng thời đến các dữ liệu chung. Hợp tác hoàn thành tác vụ: đôi khi để đạt được một sự xử lý nhanh chóng, người ta phân chia một tác vụ thành các công việc nhỏ có thể tiến hành song song. Thường thì các công việc nhỏ này cần hợp tác với nhau để cùng hoàn thành tác vụ ban đầu, ví dụ dữ liệu kết xuất của tiến trình này lại là dữ liệu nhập cho tiến trình khác …Trong các trường hợp đó, hệ điều hành cần cung cấp cơ chế để các tiến trình có thể trao đổi thông tin với nhau. I.2. Các vấn đề nảy sinh trong việc liên lạc giữa các tiến trình Do mỗi tiến trình sỡ hữu một không gian địa chỉ riêng biệt, nên các tiến trình không thể liên lạc trực tiếp dễ dàng mà phải nhờ vào các cơ chế do hệ điều hành cung cấp. Khi cung cấp cơ chế liên lạc cho các tiến trình, hệ điều hành thường phải tìm giải pháp cho các vấn đề chính yếu sau : Liên kết tường minh hay tiềm ẩn (explicit naming/implicit naming) : tiến trình có cần phải biết tiến trình nào đang trao đổi hay chia sẻ thông tin với nó ? Mối liên kết được gọi là tường minh khi được thiết lập rõ ràng , trực tiếp giữa các tiến trình, và là tiềm ẩn khi các tiến trình liên lạc với nhau thông qua một qui ước ngầm nào đó. Liên lạc theo chế độ đồng bộ hay không đồng bộ (blocking / non-blocking): khi một tiến trình trao đổi thông tin với một tiến trình khác, các tiến trình có cần phải đợi cho thao tác
- liên lạc hoàn tất rồi mới tiếp tục các xử lý khác ? Các tiến trình liên lạc theo cơ chế đồng bộ sẽ chờ nhau hoàn tất việc liên lạc, còn các tiến trình liên lạc theo cơ chế nonblocking thì không. Liên lạc giữa các tiến trình trong hệ thống tập trung và hệ thống phân tán: cơ chế liên lạc giữa các tiến trình trong cùng một máy tính có sự khác biệt với việc liên lạc giữa các tiến trình giữa những máy tính khác nhau? Hầu hết các hệ điều hành đưa ra nhiều cơ chế liên lạc khác nhau, mỗi cơ chế có những đặc tính riêng, và thích hợp trong một hoàn cảnh chuyên biệt. II. Các Cơ Chế Thông Tin Liên lạc II.1. Tín hiệu (Signal) Giới thiệu: Tín hiệu là một cơ chế phần mềm tương tự như các ngắt cứng tác động đến các tiến trình. Một tín hiệu được sử dụng để thông báo cho tiến trình về một sự kiện nào đó xảy ra. Có nhiều tín hiệu được định nghĩa, mỗi một tín hiệu có một ý nghĩa tương ứng với một sự kiện đặc trưng. Ví dụ : Một số tín hiệu của UNIX Tín hiệu Mô tả Người dùng nhấn phím DEL để ngắt xử SIGINT lý tiến trình Yêu cầu thoát xử lý SIGQUIT Tiến trình xử lý một chỉ thị bất hợp lệ SIGILL Yêu cầu kết thúc một tiến trình SIGKILL Lỗi floating – point xảy ra ( chia cho 0) SIGFPT Tiến trình ghi dữ liệu vào pipe mà SIGPIPE không có reader
- SIGSEGV Tiến trình truy xuất đến một địa chỉ bất hợp lệ Tiến trình con kết thúc SIGCLD Tín hiệu 1 do người dùng định nghĩa SIGUSR1 Tín hiệu 2 do người dùng định nghĩa SIGUSR2 Mỗi tiến trình sỡ hữu một bảng biễu diễn các tín hiệu khác nhau. Với mỗi tín hiệu sẽ có tương ứng một trình xử lý tín hiệu (signal handler) qui định các xử lý của tiến trình khi nhận được tín hiệu tương ứng. Các tín hiệu được gởi đi bởi : Phần cứng (ví dụ lỗi do các phép tính số học) Hạt nhân hệ điều hành gởi đến một tiến trình ( ví dụ lưu ý tiến trình khi có một thiết bị nhập/xuất tự do). Một tiến trình gởi đến một tiến trình khác ( ví dụ tiến trình cha yêu cầu một tiến trình con kết thúc) Người dùng ( ví dụ nhấn phím Ctl-C để ngắt xử lý của tiến trình) Khi một tiến trình nhận một tín hiệu, nó có thể xử sự theo một trong các cách sau : Bỏ qua tín hiệu Xử lý tín hiệu theo kiểu mặc định Tiếp nhận tín hiệu và xử lý theo cách đặc biệt của tiến trình.
- Hình 3.1 Liên lạc bằng tín hiệu Thảo luận: Liên lạc bằng tín hiệu mang tính chất không đồng bộ, nghĩa là một tiến trình nhận tín hiệu không thể xác định trước thời điểm nhận tính hiệu. Hơn nữa các tiến trình không thể kiểm tra được sự kiện tương ứng với tín hiệu có thật sự xảy ra ? Cuối cùng, các tiến trình chỉ có thể thông báo cho nhau về một biến cố nào đó, mà không trao đổi dữ liệu theo cơ chế này được. II.2. Pipe Giới thiệu: Một pipe là một kênh liên lạc trực tiếp giữa hai tiến trình : dữ liệu xuất của tiến trình này được chuyển đến làm dữ liệu nhập cho tiến trình kia dưới dạng một dòng các byte. Khi một pipe được thiết lập giữa hai tiến trình, một trong chúng sẽ ghi dữ liệu vào pipe và tiến trình kia sẽ đọc dữ liệu từ pipe. Thứ tự dữ liệu truyền qua pipe được bảo toàn theo nguyên tắc FIFO. Một pipe có kích thước giới hạn (thường là 4096 ký tự) Hình 3.2 Liên lạc qua pipe Một tiến trình chỉ có thể sử dụng một pipe do nó tạo ra hay kế thừa từ tiến trình cha. Hệ điều hành cung cấp các lời gọi hệ thống read/write cho các tiến trình thực hiện thao tác đọc/ghi dữ liệu trong pipe. Hệ điều hành cũng chịu trách nhiệm đồng bộ hóa việc truy xuất pipe trong các tình huống:
- Tiến trình đọc pipe sẽ bị khóa nếu pipe trống, nó sẽ phải đợi đến khi pipe có dữ liệu để truy xuất. Tiến trình ghi pipe sẽ bị khóa nếu pipe đầy, nó sẽ phải đợi đến khi pipe có chỗ trống để chứa dữ liệu. Thảo luận: Liên lạc bằng pipe là một cơ chế liên lạc một chiều (unidirectional), nghĩa là một tiến trình kết nối với một pipe chỉ có thể thực hiện một trong hai thao tác đọc hoặc ghi, nhưng không thể thực hiện cả hai. Một số hệ điều hành cho phép thiết lập hai pipe giữa một cặp tiến trình để tạo liên lạc hai chiều. Trong những hệ thống đó, có nguy cơ xảy ra tình trạng tắc nghẽn (deadlock) : một pipe bị giới hạn về kích thước, do vậy nếu cả hai pipe nối kết hai tiến trình đều đầy(hoặc đều trống) và cả hai tiến trình đều muốn ghi (hay đọc) dữ liệu vào pipe(mỗi tiến trình ghi dữ liệu vào một pipe), chúng sẽ cùng bị khóa và chờ lẫn nhau mãi mãi ! Cơ chế này cho phép truyền dữ liệu với cách thức không cấu trúc. Ngoài ra, một giới hạn của hình thức liên lạc này là chỉ cho phép kết nối hai tiến trình có quan hệ cha-con, và trên cùng một máy tính. II.3. Vùng nhớ chia sẻ Giới thiệu: Cách tiếp cận của cơ chế này là cho nhiều tiến trình cùng truy xuất đến một vùng nhớ chung gọi là vùng nhớ chia sẻ (shared memory).Không có bất kỳ hành vi truyền dữ liệu nào cần phải thực hiện ở đây, dữ liệu chỉ đơn giản được đặt vào một vùng nhớ mà nhiều tiến trình có thể cùng truy cập được. Với phương thức này, các tiến trình chia sẻ một vùng nhớ vật lý thông qua trung gian không gian địa chỉ của chúng. Một vùng nhớ chia sẻ tồn tại độc lập với các tiến trình, và khi một tiến trình muốn truy xuất đến vùng nhớ này, tiến trình phải kết gắn vùng nhớ chung đó vào không gian địa chỉ riêng của từng tiến trình, và thao tác trên đó như một vùng nhớ riêng của mình. Hình 3.3 Liên lạc qua vùng nhớ chia sẻ Thảo luận:. Đây là phương pháp nhanh nhất để trao đổi dữ liệu giữa các tiến trình. Nhưng phương thức này cũng làm phát sinh các khó khăn trong việc bảo đảm sự toàn vẹn
- dữ liệu (coherence) , ví dụ : làm sao biết được dữ liệu mà một tiến trình truy xuất là dữ liệu mới nhất mà tiến trình khác đã ghi ? Làm thế nào ngăn cản hai tiến trình cùng đồng thờighi dữ liệu vào vùng nhớ chung ?…Rõ ràng vùng nhớ chia sẻ cần được bảo vệ bằng những cơ chế đồng bộ hóa thích hợp.. Một khuyết điểm của phương pháp liên lạc này là không thể áp dụng hiệu quả trong các hệ phân tán , để trao đổi thông tin giữa các máy tính khác nhau. II.4. Trao đổi thông điệp (Message) Giới thiệu: Hệ điều hành còn cung cấp một cơ chế liên lạc giữa các tiến trình không thông qua việc chia sẻ một tài nguyên chung , mà thông qua việc gởi thông điệp. Để hỗ trợ cơ chế liên lạc bằng thông điệp, hệ điều hành cung cấp các hàm IPC chuẩn (Interprocess communication), cơ bản là hai hàm: Send(message) : gởi một thông điệp Receive(message) : nhận một thông điệp Nếu hai tiến trình P và Q muốn liên lạc với nhau, cần phải thiết lập một mối liên kết giữa hai tiến trình, sau đó P, Q sử dụng các hàm IPC thích hợp để trao đổi thông điệp, cuối cùng khi sự liên lạc chấm dứt mối liên kết giữa hai tiến trình sẽ bị hủy. Có nhiều cách thức để thực hiện sự liên kết giữa hai tiến trình và cài đặt các theo tác send /receive tương ứng : liên lạc trực tiếp hay gián tiếp, liên lạc đồng bộ hoặc không đồng bộ , kích thước thông điệp là cố định hay không … Nếu các tiến trình liên lạc theo kiểu liên kết tường minh, các hàm Send và Receive sẽ được cài đặt với tham số : Send(destination, message) : gởi một thông điệp đến destination Receive(source,message) : nhận một thông điệp từ source Thảo luận: Đơn vị truyền thông tin trong cơ chế trao đổi thông điệp là một thông điệp, do đó các tiến trình có thể trao đổi dữ liệu ở dạng có cấu trúc. II.5. Sockets Giới thiệu: Một socket là một thiết bị truyền thông hai chiều tương tự như tập tin, chúng ta có thể đọc hay ghi lên nó, tuy nhiên mỗi socket là một thành phần trong một mối nối nào đó giữa các máy trên mạng máy tính và các thao tác đọc/ghi chính là sự trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng trên nhiều máy khác nhau. Sử dụng socket có thể mô phỏng hai phương thức liên lạc trong thực tế : liên lạc thư tín (socket đóng vai trò bưu cục) và liên lạc điện thoại (socket đóng vai trò tổng đài) .
- Các thuộc tính của socket: Domaine: định nghĩa dạng thức địa chỉ và các nghi thức sử dụng. Có nhiều domaines, ví dụ UNIX, INTERNET, XEROX_NS, ... Type: định nghĩa các đặc điểm liên lạc: a) Sự tin cậy b) Sự bảo toàn thứ tự dữ liệu c) Lặp lại dữ liệu d) Chế độ nối kết e) Bảo toàn giới hạn thông điệp f) Khả năng gởi thông điệp khẩn Để thực hiện liên lạc bằng socket, cần tiến hành các thao tác :: Tạo lập hay mở một socket Gắn kết một socket với một địa chỉ Liên lạc : có hai kiểu liên lạc tùy thuộc vào chế độ nối kết: a) Liên lạc trong chế độ không liên kết : liên lạc theo hình thức hộp thư: hai tiến trình liên lạc với nhau không kết nối trực tiếp mỗi thông điệp phải kèm theo địa chỉ người nhận. Hình thức liên lạc này có đặc điểm được : người gởi không chắc chắn thông điệp của học được gởi đến người nhận, một thông điệp có thể được gởi nhiều lần, hai thông điệp đượ gởi theo một thứ tự nào đó có thể đến tay người nhận theo một thứ tự khác.
- Một tiến trình sau khi đã mở một socket có thể sử dụng nó để liên lạc với nhiều tiến trình khác nhau nhờ sử hai primitive send và receive. b) Liên lạc trong chế độ nối kết: Một liên kết được thành lập giữa hai tiến trình. Trước khi mối liên kết này được thiết lập, một trong hai tiến trình phải đợi có một tiến trình khác yêu cầu kết nối.Có thể sử dụng socket để liên lạc theo mô hình client-serveur. Trong mô hình này, server sử dụng lời gọi hệ thống listen và accept để nối kết với client, sau đó , client và server có thể trao đổi thông tin bằng cách sử dụng các primitive send và receive. Hủy một socket Ví dụ : Trong nghi thức truyền thông TCP, mỗi mối nối giữa hai máy tính được xác định bởi một port, khái niệm port ở đây không phải là một cổng giao tiếp trên thiết bị vật lý mà chỉ là một khái niệm logic trong cách nhìn của người lập trình, mỗi port được tương ứng với một số nguyên dương. Hình 3.4 Các socket và port trong mối nối TCP. Hình 3.4 minh họa một cách giao tiếp giữa hai máy tính trong nghi thức truyền thông TCP. Máy A tạo ra một socket và kết buộc (bind) socket nầy với một port X (tức là một số nguyên dương có ý nghĩa cục bộ trong máy A), trong khi đó máy B tạo một socket khác và móc vào (connect) port X trong máy A. Thảo luận: Cơ chế socket có thể sử dụng để chuẩn hoá mối liên lạc giữa các tiến trình vốn không liên hệ với nhau, và có thể hoạt động trong những hệ thống khác nhau. III. Nhu cầu đồng bộ hóa (synchronisation)
- Trong một hệ thống cho phép các tiến t ình liên lạc với nhau, bao giờ hệ điều hành tr cũng cần cung cấp kèm theo những cơ chế đồng bộ hóa để bảo đảm hoạt động của các tiến trình đồng hành không tác động sai lệch đến nhau vì các lý do sau đây: III.1. Yêu cầu độc quyền truy xuất (Mutual exclusion) Các tài nguyên trong hệ thống được phân thành hai loại: tài nguyên có thể chia sẻ cho phép nhiều tiến trình đồng thời truy xuất, và tài nguyên không thể chia sẻ chỉ chấp nhận một ( hay một số lượng hạn chế ) tiến trình sử dụng tại một thời điểm. Tính không thể chia sẻ của tài nguyên thường có nguồn gốc từ một trong hai nguyên nhân sau đây: Đặc tính cấu tạo phần cứng của tài nguyên không cho phép chia sẻ. Nếu nhiều tiến trình sử dụng tài nguyên đồng thời, có nguy cơ xảy ra các kết quả không dự đoán được do hoạt động của các tiến trình trên tài nguyên ảnh hưởng lẫn nhau. Để giải quyết vấn đề, cần bảo đảm tiến trình độc quyền truy xuất tài nguyên, nghĩa là hệ thống phải kiểm soát sao cho tại một thời điểm, chỉ có một tiến trình được quyền truy xuất một tài nguyên không thể chia sẻ. III.2. Yêu cầu phối hợp (Synchronization) Nhìn chung, mối tương quan về tốc độ thực hiện của hai tiến trình trong hệ thống là không thể biết trước, vì điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố động như tần suất xảy ra các ngắt của từng tiến trình, thời gian tiến trình được cấp phát bộ xử lý… Có thể nói rằng các tiến trình hoạt động không đồng bộ với nhau. Như ng có những tình huống các tiến trình cần hợp tác trong việc hoàn thành tác vụ, khi đó cần phải đồng bộ hóa hoạt động của các tiến t ình , ví dụ một tiến trình chỉ có thể tr xử lý nếu một tiến trình khác đã kết thúc một công việc nào đó … III.3. Bài toán đồng bộ hoá III.3.1. Vấn đề tranh đoạt điều khiển (race condition) Giả sử có hai tiến trình P1 và P2 thực hiện công việc của các kế toán, và cùng chia sẻ một vùng nhớ chung lưu trữ biến taikhoan phản ánh thông tin về tài khoản. Mỗi tiến trình muốn rút một khoản tiền tienrut từ tài khoản: if (taikhoan - tienrut >=0) taikhoan = taikhoan - tienrut;
- else error(« khong the rut tien ! »); Giả sử trong tài khoản hiện còn 800, P1 muốn rút 500 và P2 muốn rút 400. Nếu xảy ra tình huống như sau : Sau khi đã kiểm tra điều kiện (taikhoan - tienrut >=0) và nhận kết quả là 300, P1 hết thời gian xử lý mà hệ thống cho phép, hệ điều hành cấp phát CPU cho P2. P2 kiểm tra cùng điều kiện trên, nhận được kết quả là 400 (do P1 vẫn chưa rút tiền) và rút 400. Giá trị của taikhoan được cập nhật lại là 400. Khi P1 được tái kích hoạt và tiếp tục xử lý, nó sẽ không kiểm tra lại điều kiện (taikhoan - tienrut >=0)-vì đã kiểm tra trong lượt xử lý trước- mà thực hiện rút tiền. Giá trị của taikhoan sẽ lại được cập nhật thành -100. Tình huống lỗi xảy ra ! Các tình huống tương tự như thế - có thể xảy ra khi có nhiều hơn hai tiến trình đọc và ghi dữ liệu trên cùng một vùng nhớ chung, và kết quả phụ thuộc vào sự điều phối tiến trình của hệ thống- được gọi là các tình huống tranh đoạt điều khiển (race condition) . III.3.2. Miền găng (critical section) Để ngăn chặn các tình huống lỗi có thể nảy sinh khi các tiến trình truy xuất đồng thời một tài nguyên không thể chia sẻ, cần phải áp đặt một sự truy xuất độc quyền trên tài nguyên đó : khi một tiến trình đang sử dụng tài nguyên, thì những tiến trình khác không được truy xuất đến tài nguyên. Đoạn chương trình trong đó có khả năng xảy ra các mâu thuẫn truy xuất trên tài nguyên chung được gọi là miền găng (critical section). Trong ví dụ trên, đoạn mã : if (taikhoan - tienrut >=0) taikhoan = taikhoan - tienrut; của mỗi tiến trình tạo thành một miền găng. Có thể giải quyết vấn đề mâu thuẫn truy xuất nếu có thể bảo đảm tại một thời điểm chỉ có duy nhất một tiến trình được xử lý lệnh trong miền găng.
- Một phương pháp giải quyết tốt bài toán miền găng cần thõa mãn 4 điều kiện sau : Không có hai tiến trình cùng ở trong miền găng cùng lúc. Không có giả thiết nào đặt ra cho sự liên hệ về tốc độ của các tiến trình, cũng như về số lượng bộ xử lý trong hệ thống. Một tiến trình tạm dừng bên ngoài miền găng không được ngăn cản các tiến trình khác vào miền găng. Không có tiến trình nào phải chờ vô hạn để được vào miền găng. IV. Tóm tắt Một số tiến trình trong hệ thống có nhu cầu trao đổi thông tin để phối hợp hoạt động, do mỗi tiến trình có một không gian địa chỉ độc lập nên viêc liên lạc chỉ có thể thực hiện thông qua các cơ chế do hệ điều hành cung cấp. Một số cơ chế trao đổi thông tin giữa các tiến trình : Tín hiệu : thông báo sự xảy ra của một sự kiện Pipe : truyền dữ liệu không cấu trúc Vùng nhớ chia sẻ : cho phép nhiều tiến trình truy cập đến cùng một vùng nhớ Trao đổi thông điệp : truyền dữ liệu có cấu trúc, có thể vận dụng trong các hệ phân tán Socket : chuẩn hoán việc liên lạc giữa các hệ thống khác biệt Khi các tiến trình trao đổi thông tin, chia sẻ tài nguyên chung, cần phải đồng bộ hoá hoạt động của chúng chủ yếu do yêu cầu độc quyền truy xuất hoặc phối hợp hoạt động. Miền găng là đoạn lệnh trong chương trình có khả năng phát sinh mâu thuẫn truy xuất. Để không xảy ra mâu thuẫn truy xuất, cần đảm bảo tại một thời điểm chỉ có một tiến trình được vào miền găng. Củng cố bài học Các câu hỏi cần trả lời được sau bài học này :
- 1. Các cơ chế trao đổi thông tin : tình huống sử dụng, ưu, khuyết ? 2. Các yêu cầu đồng bộ hoá ? Bài tập Phân tích các bài toán sau đây và xác định những yêu cầu đồng bộ hoá, miền găng : Bài 1.Bài toán Tạo phân tử H2O Đồng bộ hoạt động của một phòng thí nghiệm sử dụng nhiều tiến trình đồng hành sau để tạo các phân tử H2O: MakeH() // Mỗi tiến trình MakeH tạo 1 nguyên tử H { Make-Hydro(); } MakeO() // Mỗi tiến trình MakeO tạo 1 nguyên tử O { Make-Oxy(); } MakeWater() /* Tiến trình MakeWater hoạt động đồng hành với các tiến trình MakeH, MakeO, chờ có đủ 2 H và 1 O để tạo H2O */ { while (T) Make-Water(); //Tạo 1 phân tử H2O } Bài 2.Bài toán Cây cầu cũ Để tránh sụp đổ, người ta chỉ có cho phép tối đa 3 xe lưu thông đồng thời qua một cây cầu rất cũ. Hãy xây dựng thủ tục ArriveBridge(int direction) và ExitBridge() kiểm soát giao thông trên cầu sao cho : Tại mỗi thời điểm, chỉ cho phép tối đa 3 xe lưu thông trên cầu. Tại mỗi thời điểm, chỉ cho phép tối đa 3 xe lưuthông cùng hướng trên cầu. Mỗi chiếc xe khi đến đầu cầu sẽ gọi ArriveBridge(direction) để kiểm tra điều kiện lên cầu, và khi đã qua cầu được sẽ gọi ExitBridge() để báo hiệu kết thúc.
- Giả sử hoạt động của mỗi chiếc xe được mô tả bằng một tiến trình Car() sau đây: Car(int direction) /* direction xác định hướng di chuyển của mỗi chiếc xe.*/ { RuntoBridge(); // Đi về phía cầu ArriveBridge(direction); PassBridge(); // Qua cầu Exit Bridge(); RunfromBridge(); // Đã qua cầu } Bài 3. Bài toán Qua sông Để vượt qua sông, các nhân viên Microsof và các Linux hacker cùng sử dụng một bến sông và phải chia sẻ một số thuyền đặc biệt. Mỗi chiếc thuyền này chỉ cho phép chở 1 lần 4 người, và phải có đủ 4 người mới khởi hành được. Để bảo đảm an toàn cho cả 2 phía, cần tuân thủ các luật sau : a. Không chấp nhận 3 nhân viên Microsoft và 1 Linux hacker trên cùng một chiếc thuyền. b. Ngược lại, không chấp nhận 3 Linux hacker và 1 nhân viên Microsoft trên cùng một chiếc thuyền. c. Tất cả các trường hợp kết hợp khác đều hợp pháp. d. Thuyền chỉ khởihành khi đã có đủ 4 hành khách. Cần xây dựng 2 thủ tục HackerArrives() và EmployeeArrives() được gọi tương ứng bởi 1 hacker hoặc 1 nhân viên khi họ đến bờ sông để kiểm tra điều kiện có cho phép họ xuống thuyền không ? Các thủ tục này sẽ sắp xếp những người thích hợp có thể lên thuyền. Những người đã được lên thuyền khi thuyền chưa đầy sẽ phải chờ đến khi người thứ 4 xuống thuyền mới có thể khởi hành qua sông. (Không quan tâm đến số lương thuyền hay việc thuyền qua sông rồi trở lại…Xem như luôn có thuyền để sắp xếp theo các yêu cầu hợp lệ) Giả sử hoạt động của mỗi hacker được mô tả bằng một tiến trình Hacker() sau đây: Hacker() {
- RuntoRiver(); // Đi đến bờ sông HackerArrives (); // Kiểm tra điều kiện xuống thuyền CrossRiver(); // Khởi hành qua sông } và hoạt động của mỗi nhân viên được mô tả bằng một tiến trình Employee() sau đây: Employee() { RuntoRiver(); // Đi đến bờ sông EmployeeArrives (); // Kiểm tra điều kiện xuống thuyền CrossRiver(); // Khởi hành qua sông } Bài 4. Bài toán Điều phối hành khách xe bus Hãy tưởng tượng bạn chịu trách nhiệm kiểm soát hành khách lên xe bus tại một trạm dừng. Mỗi xe bus có đủ chỗ cho 10 hành khách. Trong đó 4 chỗ chỉ dành cho khách ngồi xe lăn, 6 chỗ còn lại chỉ dành cho khách bình thường. Công việc của bạn là cho khách lên xe theo đúng qui định chỗ, khi xe đầy khách sẽ khởi hành. Có thể có nhiều xe và nhiều hành khách vào bến cùng lúc, nguyên tắc điều phối sẽ xếp khách vào đầy một xe, cho xe này khởi hành rồi mới điều phối cho xe khác. Giả sử hoạt động điều phối khách của bạn cho 1 chiếc xe bus được mô tả qua tiến trình GetPassengers(); hoạt động của mỗi hành khách tùy loại được mô tả lần lượt bằng tiến trình WheelPassenger() và NonWheelPassenger() sau đây , hãy sửa chữa các đoạn code, sử dụng cơ chế semaphore để thực hiện các nguyên tắc đồng bộ hoá cần thiết. GetPassenger() { ArriveTerminal(); // tiếp nhận một xe vào bến OpenDoor(); // mở cửa xe, thủ tục này xem như đã có for (int i=0; i
- { ArrangeSeat(); // đưa 1 khách vào chỗ } for (int i=0; i
- - Bộ phận sản xuất 1 bánh xe : MakeTires() { // tạo bánh xe và gắn vào khung xe Produce_tire(); Put_tire_to_Chassis(); } Hãy đồng bộ hoạt động trong việc sản xuất xe hơi theo nguyên tắc sau : o Sản xuất một khung xe, o cần có đủ 4 bánh xe cho 1 khung xe được sản xuất ra, sau đó mới tiếp tục sản xuất khung xe khác…
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Chương 7: Đồng bộ hóa tiến trình
55 p |
219 |
62
-
Giáo Trình Hệ Điều Hành – Đồng bộ hóa quá trình
24 p |
154 |
57
-
Giáo Trình Hệ Điều Hành - Chương 5: ĐỒNG BỘ HOÁ QUÁ TRÌNH
24 p |
110 |
45
-
Bài giảng Kỹ thuật phần mềm- Bài 3: Tiến trình phần mềm
0 p |
112 |
43
-
Chương 5: Đồng bộ hóa tiến trình
0 p |
44 |
16
-
chương8 :Liên lạc giữa các tiến trình
29 p |
54 |
14
-
Bài giảng Hệ điều hành - Chương 3: Liên lạc giữa các tiến trình
29 p |
39 |
12
-
Bài giảng hệ điều hành : LIÊN LẠC GIỮA CÁC TIẾN TRÌNH & VẤN ĐỀ ĐỒNG BỘ HOÁ part 1
6 p |
52 |
9
-
Bài giảng hệ điều hành : LIÊN LẠC GIỮA CÁC TIẾN TRÌNH & VẤN ĐỀ ĐỒNG BỘ HOÁ part 2
5 p |
51 |
8
-
Hệ điều hành ( Vũ Đức Lung ) - Chương 5 phần 1
15 p |
45 |
6
-
Bài giảng Hệ điều hành Linux: Quản lý tiến trình
26 p |
15 |
6
-
Bài giảng Hệ điều hành: Chương 5.1 - ThS. Hà Lê Hoài Trung
15 p |
16 |
4
-
Chương V-I: Liên lạc giữa các tiến trình
14 p |
31 |
4
-
Giáo trình Hệ điều hành: Phần 1
48 p |
17 |
3
-
Bài giảng Hệ điều hành: Chương 3 - Hà Duy An (ĐH Cần Thơ)
57 p |
16 |
2
-
Hệ điều hành - Chương V-I: Liên lạc giữa cá tiến trình
0 p |
16 |
2
-
Bài giảng Hệ điều hành: Giao tiếp giữa các tiến trình
61 p |
10 |
1

Set-Cookie: TLDEVNamespace=ui6v9p323j8ssg0ts6evu70ab0; path=/; domain=.tailieu.vn; HttpOnly


text:
Năng suất – phần 2D
Chia sẻ: Kim Kim | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5
lượt xem 20
download
Năng suất – phần 2D
Xu thế gần đây nhất Các chiến lược mới đây có thể tóm tắt lại là mạng lưới sản xuất toàn cầu và tạo nên giá trị khách hàng. Đối với Nhật Bản, cả hai xu thế này đều có xuất phát điểm là từ các chính sách trước đó. Mạng lưới sản xuất truyền thống của Nhật giống như một ngôi sao: Một trung tâm mạnh tỏa các tia của mình sang các thị trường nước ngoài rộng lớn. Ở cuối mỗi tia là một văn phòng chào hàng hay một cơ sở sản xuất nhất định chịu trách...
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

markdown:
# Năng suất – phần 2D
Chia sẻ: Kim Kim | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5
lượt xem 20
download
![](http://image1.tailieu.vn/document/thumbnail/2010/20100910/kim_ha_nul/80x100/301164_366.jpg)
##
Năng suất – phần 2D
[Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ](javascript:void(0);)
Download
![](http://static1.tailieu.vn/b2013az/templates/version1/default/images/down16x21.png)
Xu thế gần đây nhất Các chiến lược mới đây có thể tóm tắt lại là mạng lưới sản xuất toàn cầu và tạo nên giá trị khách hàng. Đối với Nhật Bản, cả hai xu thế này đều có xuất phát điểm là từ các chính sách trước đó. Mạng lưới sản xuất truyền thống của Nhật giống như một ngôi sao: Một trung tâm mạnh tỏa các tia của mình sang các thị trường nước ngoài rộng lớn. Ở cuối mỗi tia là một văn phòng chào hàng hay một cơ sở sản xuất nhất định chịu trách...
Bình luận(0)
[Đăng nhập để gửi bình luận!](javascript:void(0);)
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

WARC-Type: response

Content-Type: application/http; msgtype=response

WARC-Identified-Payload-Type: application/xhtml+xml

Server: Apache/2.2.31 (CentOS)

Connection: close

Pragma: no-cache

Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, post-check=0, pre-check=0

Set-Cookie: TLDEVNamespace=1o91mr50r1eqpj2mie4ajb2pl3; path=/; domain=.tailieu.vn; HttpOnly

Vary: Accept-Encoding

Content-Type: text/html; charset=UTF-8