Понятие критической секции и интервала

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Теория вычислительных процессов»

на тему: «Критические секции, интервалы, ресурсы. Решение задачи об обедающих философах»

Магнитогорск, 2012

Содержание

1 Критические секции, интервалы, ресурсы.. 3

1.1 Введение. 3

1.2 Понятие критической секции и интервала. 3

1.3 Работа с критическими секциями. 6

1.4 Вывод. 9

2 Задача об обедающих философах. 10

2.1 Постановка задачи. 10

2.2 Сеть Петри. 10

2.3 Листинг процедур, обеспечивающих решение задачи. 11

2.4 Вывод. 18

Список используемых источников. 19

Критические секции, интервалы, ресурсы

Введение

Функционирование мультипрограммной вычислительной системы характерно тем, что в ее среде одновременно развиваются несколько параллельных потоков. В своем развитии параллельные потоки часто используют одни и те же ресурсы системы, т. е. разделяют их. Часть таких разделяемых ресурсов требуют только последовательного использования со стороны потоков, т. е. в каждый момент времени только один поток может использовать разделяемый ресурс. Такие ресурсы называются критическими. Для того чтобы обеспечить последовательное использование критических ресурсов необходимо синхронизировать доступ к ним.

Задача синхронизации, в общем случае, состоит в следующем. Если несколько потоков хотят пользоваться критическим ресурсом в режиме разделения, им следует синхронизировать свои действия таким образом, чтобы такой ресурс всегда находился в распоряжении не более чем одного из них. Если один поток пользуется в данный момент критическим ресурсом, то все остальные потоки, которым нужен этот ресурс, должны получить отказ в доступе и ждать, пока он не освободится. Если в системе не предусмотрена защита от одновременного доступа потоков к критическим ресурсам, в ней могут возникать ошибки, которые трудно обнаружить и исправить. Основной причиной возникновения таких ошибок является то, что потоки развиваются с разными скоростями, прием эти скорости самим потокам неподвластны и неизвестны друг другу. [1]

Таким образом, при организации различного рода взаимодействующих потоков необходимо решать проблему корректного доступа к общим переменным, которые идентифицируют критические ресурсы с программной точки зрения.

Понятие критической секции и интервала

Те места в программах, в которых происходит обращение к критическим ресурсам, называются критическими интервалами или критическими секциями (critical section). Решение этой проблемы в операционной системе Windows заключается в организации такого доступа к критическому ресурсу, когда только одному потоку разрешается входить в свою критическую секцию.

Когда какой-либо поток находится в своем критическом интервале, другие потоки могут продолжать свое выполнение, но без входа в свои критические секции. Взаимное исключение необходимо только в том случае, когда потоки обращаются к разделяемым, общим данным. Если же потоки выполняют операции, которые не приводят к конфликтным ситуациям, они должны иметь возможность выполняться параллельно. Когда поток выходит из своего критического интервала, то одному из остальных потоков, ожидающих входа в свои критические секции, должно быть разрешено продолжить выполнение, т. е. разрешено войти в свой критический интервал.

Критические секции – это объекты, используемые для блокировки доступа всех потоков процесса, кроме одного, к некоторым важным данным в один момент времени. Например, имеется переменная m_pObject и несколько потоков, вызывающих методы объекта, на который ссылается m_pObject, причем эта переменная может изменять свое значение время от времени. Предположим, имеется следующий код:

В данном примере имеется потенциальная опасность вызова m_pObject->SomeMethod()после того, как объект был уничтожен при помощи delete m_pObject. Дело в том, что в системах с вытесняющей многозадачностью выполнение любого потока процесса может прерваться в самый неподходящий для него момент времени, и начнет выполняться совершенно другой поток. В данном примере неподходящим моментом будет тот, в котором поток №1 уже проверил m_pObject, но еще не успел вызвать SomeMethod(). Выполнение потока №1 прервалось, и начал исполняться поток №2. Причем поток №2 успел вызвать деструктор объекта. Если поток №1 получит процессорное время и вызовет SomeMethod() у уже несуществующего объекта, случится ошибка.

Именно в таких ситуациях используются критические секции. Перепишем наш пример.

Код, помещенный между ::EnterCriticalSection() и ::LeaveCriticalSection() с одной и той же критической секцией в качестве параметра, никогда не будет выполняться параллельно. Это означает, что если поток №1 успел "захватить" критическую секцию m_lockObject, то при попытке потока №2 заполучить эту же критическую секцию в свое единоличное пользование, его выполнение будет приостановлено до тех пор, пока поток №1 не "отпустит" m_lockObject при помощи вызова ::LeaveCriticalSection(). И наоборот, если поток №2 успел раньше потока №1, то тот "подождет", прежде чем начнет работу с m_pObject.

Поиск по сайту: