СИНХРОНИЗАЦИЯ ПОТОКОВ С ПОМОЩЬЮ МЬЮТЕКСОВ И НЕИМЕНОВАННЫХ СЕМАФОРОВ
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Операционные системы»
Средства взаимодействия процессов в операционных системах
Содержание
Введение
СОЗДАНИЕ И УНИЧТОЖЕНИЕ ПОТОКОВ
СИНХРОНИЗАЦИЯ ПОТОКОВ С ПОМОЩЬЮ МЬЮТЕКСОВ И НЕИМЕНОВАННЫХ СЕМАФОРОВ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОТОКОВ ЧЕРЕЗ НЕИМЕНОВАННЫЕ КАНАЛЫ
СИНХРОНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ С ПОМОЩЬЮ ИМЕНОВАННЫХ СЕМАФОРОВ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОЦЕССОВ ЧЕРЕЗ РАЗДЕЛЯЕМУЮ ПАМЯТЬ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОЦЕССОВ ЧЕРЕЗ ИМЕНОВАННЫЕ КАНАЛЫ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОЦЕССОВ ЧЕРЕЗ ОЧЕРЕДИ СООБЩЕНИЙ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОЦЕССОВ ЧЕРЕЗ СОКЕТЫ
Заключение
Введение
Задания выполняются в ОС Linux.
При выполнении заданий необходимо использовать библиотеку «pthread».
В разделах «Общие сведения» каждой лабораторной работы приведены системные вызовы, которые необходимо использовать для реализации программы. Приведенные сведения являются минимальными. Для подробной информации следует обратиться к руководству программиста системы Linux (команда man).
Если системный вызов возвращает результат, в программе необходимо проверить этот результат и запрограммировать действия – вывод результата на экран и завершение программы в случае ошибки.
Полагая, что программа содержится в файле lab.cpp, ее компиляция и сборка может быть выполнена следующей последовательностью команд.
|
|
|
Компиляция программы:
g++ -c lab.cpp,
в результате компиляции получается объектный код lab.o.
Сборка программы с включением библиотеки pthread:
g++ -o lab lab.o –lpthread,
в результате сборки получается исполняемая программа.
Шаблоны, предложенные в каждой лабораторной работе, являются приблизительными. Студент самостоятельно должен выбрать типы данных, подходящие для объявления переменных, а также операторы языка и системные функции, подходящие для выполнения предписанных действий программы.
СОЗДАНИЕ И УНИЧТОЖЕНИЕ ПОТОКОВ
Цель работы - знакомство с базовой структурой построения многопоточной программы и с системными вызовами, обеспечивающими создание и завершение потоков.
Общие сведения
Базовая структура многопоточной программы, взятая за основу всех работ, выглядит следующим образом:
1. Описываются поточные функции, соответствующие потокам программы.
2. В основной программе создаются потоки на основе поточных функций.
3. После создания потоков основная программа приостанавливает выполнение и ожидает команды завершения.
4. При поступлении команды завершения основная программа формирует команды завершения потоков.
5. Основная программа переходит к ожиданию завершения потоков.
|
|
|
6. После завершения потоков основная программа завершает свою работу.
Создание потока в стандарте POSIX осуществляется следующим вызовом:
int pthread_create(pthread_t *thread,
const pthread_attr_t *attr,
void *(*start_routine) (void *),
void *arg),
где thread – указатель на идентификатор потока; attr – указатель на структуру данных, описывающих атрибуты потока; start_routine – имя функции, выполняющей роль потока; arg - указатель на структуру данных, описывающих передаваемые в поток параметры.
Завершение потока может осуществляться вызовом оператора return из функции потока. При этом необходимо синхронизировать завершение с основным потоком, используя следующую функцию:
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval),
где thread – идентификатор потока; retval – код завершения потока.
Функция, выполняющая роль потока, создается на основе следующего шаблона:
static void * thread_start(void *arg).
Указания к выполнению работы
Написать программу, содержащую два потока (в дополнение к основному потоку). Каждый из потоков должен выводить определенное число на экран.
Шаблон программы представлен ниже:
объявить флаг завершения потока 1;
объявить флаг завершения потока 2;
Функция потока 1()
{
Пока (флаг завершения потока 1 не установлен) делать
|
|
|
{
выводить символ ‘1’ на экран;
задержать на время;
}
}
Функция потока 2()
{
Пока (флаг завершения потока 2 не установлен) делать
{
выводить символ ‘2’ на экран;
задержать на время;
}
}
Основная программа()
{
объявить идентификатор потока 1;
объявить идентификатор потока 2;
создать поток из функции потока 1;
создать поток из функции потока 2;
ждать нажатия клавиши;
установить флаг завершения потока 1;
установить флаг завершения потока 2;
ждать завершения потока 1;
ждать завершения потока 2;
}
Вопросы для самопроверки
1. В чем состоит различие между понятиями «поток» и «процесс»?
2. Как осуществить передачу параметров в функцию потока при создании потока?
3. Какие способы завершения потока существуют?
4. На какие характеристики потока можно влиять через атрибуты потока?
5. В каких состояниях может находиться поток?
6. Какие способы переключения задач используются в ОС?
7. Объясните суть параметров, входящих в вызов pthread_create().
8. Объясните суть параметров, входящих в вызов pthread_join().
9. Опишите трассу выполнения программы.
СИНХРОНИЗАЦИЯ ПОТОКОВ С ПОМОЩЬЮ МЬЮТЕКСОВ И НЕИМЕНОВАННЫХ СЕМАФОРОВ
|
|
|
Цель работы - знакомство со средствами синхронизации потоков - двоичными и общими неименованными семафорами и с системными вызовами, обеспечивающими создание, закрытие, захват и освобождение мьютексов и неименованных семафоров.
Общие сведения
Для обеспечения взаимного исключения при доступе нескольких потоков к одному критическому ресурсу используются семафоры.
Семафоры можно разделить на двоичные и общие, а также на неименованные и именованные.
Двоичный семафор – мьютекс – обладает только двумя состояниями – захвачен и свободен.
Если критический участок свободен, то поток выполняет операцию захвата мьютекса и входит в критический участок. При выходе из критического участка поток освобождает мьютекс.
Если критический участок занят, то поток, выполняя операцию захвата мьютекса, блокируется и не входит в критический участок. Активизация заблокированного потока и вход в критический участок происходит тогда, когда ранее вошедший в критический участок поток выходит из него и освобождает мьютекс.
Семафор отличается от мьютекса большим числом состояний за счет использования внутреннего счетчика. Это позволяет обеспечить большее разнообразие правил нахождения потоков в критическом участке.
При начальном состоянии счетчика семафора, равном 1, семафор эквивалентен мьютексу.
Мьютексы и неименованные семафоры используются для синхронизации потоков в рамках одного процесса.
Именованные семафоры используются для синхронизации процессов и будут рассмотрены позже.
Вызов, которым создается мьютекс, выглядит следующим образом:
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,
const pthread_mutexattr_t *attr),
где mutex – идентификатор мьютекса; attr – указатель на структуру данных, описывающих атрибуты мьютекса.
При входе в критический участок необходимо осуществить следующий вызов:
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex).При выходе из критического участка необходимо осуществить следующий вызов:
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex).Вызов, которым удаляется мьютекс, выглядит следующим образом:
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex).Создание семафора производится вызовом:
int sem_init(sem_t *sem, int shared, unsigned int value),
где sem – идентификатор семафора; shared – индикатор использования семафора потоками или процессами; value – начальное значение счетчика семафора.
При входе в критический участок необходимо осуществить следующий вызов:
int sem_wait(sem_t *sem).При выходе из критического участка необходимо осуществить следующий вызов:
int sem_post(sem_t *sem).Удаление семафора производится вызовом:
int sem_destroy(sem_t *sem).
Указания к выполнению работы
Написать программу, содержащую два потока, осуществляющих координированный доступ к разделяемому ресурсу (ресурс выбрать по согласованию с преподавателем, например, экран или файл).
Необходимо убедиться, что в случае отсутствия мьютекса (семафора) потоки выводят символы в произвольном порядке, например:
121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121.
В случае использования мьютекса (семафора) потоки выводят символы в определенном порядке, например:
111111111122222222221111111111222222222211111111112222222222.
По согласованию с преподавателем выбрать средство координации – мьютексы или неименованные семафоры. А также проверить работу функций входа в критический участок с блокировкой и без блокировки.
Шаблон программы представлен ниже:
объявить флаг завершения потока 1;
объявить флаг завершения потока 2;
объявить идентификатор мьютекса /*неименованного семафора*/;
Функция потока 1()
{
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1477; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!