Sistemi Operativi. Lezione 7-bis Esercizi

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1 Sistemi Operativi Lezione 7-bis Esercizi

2 Esercizio Problema dei lettori e scrittori Un insieme di processi condivide un file dal quale alcuni possono solo leggere i dati, altri solo scriverli Più lettori possono leggere simultaneamente Un solo scrittore per volta può scrivere Quando uno scrittore scrive, nessun lettore può leggere Diverso da Prod/cons i lettori non modificano i puntatori al buffer i produttori leggono i puntatori, gli scrittori no 2

3 Esercizio Sviluppare una soluzione al problema della corretta sincronizzazione degli accessi 1 scrittore, 1 lettore accessi in mutua esclusione al file sia dello scrittore sia del lettore rispetto a questo 1 scrittore, n lettori n scrittori, n lettori considerare chi ha priorità, lettori o scrittori 3

4 M scrittori, n lettori con priorità Gli scrittori aspettano che tutti i lettori abbiano terminato Gli scrittori scrivono in mutua esclusione I lettori devono sapere quanti sono Se c è un solo lettore, deve aspettare che eventuali scrittori finiscano Lettori che arrivano quando altri stanno già leggendo procedono senza aspettare 4

5 M scrittori, n lettori con priorità Lettori_scrittori(); int numlett; /* contiamo solo i lettori perché gli scrittori li aspettano */ semaphore x = 1, scritt = 1; { /* x per contare I lettori correttamente; scritt per la mutua esclusione */ numlett = 0; parbegin lettore; scrittore; parend 5

6 M scrittori, n lettori con priorità scrittore(); { while TRUE do { down(scritt): scrivi_dato(); up(scritt); 6 lettore(); { while TRUE do { down(x); numlett = numlett + 1; if numlett == 1 down(scritt); up(x); leggi_dato(); down(x); numlett = numlett - 1; if numlett == 0 up(scritt); up(x);

7 M scrittori, n lettori con priorità Che tipo di semafori abbiamo usato? Si potrebbe usare un semaforo generalizzato per contare i lettori? Cosa succede nei seguenti casi Solo lettori presenti Solo scrittori presenti Lettori e scrittori presenti ma un lettore è arrivato primo uno scrittore è arrivato primo I lettori continuano ad arrivare prima che l ultimo finisca In coda su scritt ci sono sia lettori che scrittori 7

8 M scrittori con priorità, n lettori I lettori si bloccano se c è almeno uno scrittore che ha segnalato di voler accedere ai dati Dobbiamo sapere quanti sono gli scrittori L aggiornamento del numero di scrittori deve essere fatto in mutua esclusione Quando c è un solo scrittore, aspetta sulla coda dei lettori per ragioni di priorità 8

9 M scrittori con priorità, n lettori lettore(); { while TRUE do { aggiorna il numero di lettori in mutua esclusione; se c e` un solo lettore, lascia passare gli scrittori; leggi_dato(); aggiorna il numero di lettori in mutua esclusione; se non ci sono piu` lettori, lascia passare gli scrittori; 9 scrittore(); { while TRUE do { aggiorna il numero di scrittori in mutua esclusione; se c e` un solo scrittore, aspetta che i lettori finiscano; scrivi_dato() in mutua esclusione; aggiorna il numero di scrittori in mutua esclusione; se non ci sono piu` scrittori, lascia passare i lettori;

10 M scrittori con priorità, n lettori Lettori_scrittori(); int numlett, numscritt; semaphore x = 1, y = 1, lett = 1, scritt = 1; { /* x per contare I lettori, y per gli scrittori; * scritt per la mutua esclusione degli scrittori, * lett per fare aspettare gli uni e gli altri */ numlett = 0; numscritt = 0; parbegin lettore; scrittore; parend 10

11 M scrittori con priorità, n lettori lettore(); { while TRUE do { down(lett); down(x); numlett = numlett + 1; if numlett == 1 down(scritt); up(x); up(lett); leggi_dato(); down(x); numlett = numlett - 1; if numlett == 0 up(scritt); up(x); 11 scrittore(); { while TRUE do { down(y); numscritt = numscritt + 1; if numscrit == 1 down(lett); up(y); down(scritt); scrivi_dato(); up(scritt); down(y); numscritt = numscritt - 1; if numscritt == 0 up(lett); up(y);

12 M scrittori con priorità, n lettori Cosa succede se ci sono solo lettori ci sono solo scrittori per primo arriva un lettore poi lettori e scrittori primo arriva uno scrittore poi lettori e scrittori arrivano molti lettori poi uno scrittore 12

13 M scrittori con priorità, n lettori Lettori_scrittori(); int numlett, numscritt; semaphore x = 1, y = 1, z = 1, lett = 1, scritt = 1; { /* x per contare I lettori, y per gli scrittori; z per far aspettare lettori e scrittori * su code diverse; scritt per la mutua esclusione degli scrittori, * lett per fare aspettare un lettore e uno scrittore */ numlett = 0; numscritt = 0; parbegin lettore; scrittore; parend 13

14 M scrittori con priorità, n lettori scrittore(); { while TRUE do { down(y); numscritt = numscritt + 1; if numscrit == 1 down(lett); up(y); down(scritt): scrivi_dato(); up(scritt); down(y); numscritt = numscritt - 1; if numscritt == 0 up(lett); up(y); 14 lettore(); { while TRUE do { down(z); down(lett): down(x); numlett = numlett + 1; if numlett == 1 down(scritt); up(x); up(lett); up(z); leggi_dato(); down(x); numlett = numlett - 1; if numlett == 0 up(scritt); up(x);

15 Osservazioni La programmazione della concorrenza con i semafori non è facile P e V, Up e Down sparpagliate nel codice problema del corretto ordine di esecuzione di P e V l uso di P e V in ordine errato può portare a deadlock o a violazione della mutua esclusione Proposte soluzioni alternative a livello di linguaggio di programmazione monitor primitiva di sincronizzazione di alto livello 15

16 Altre soluzioni A livello di linguaggio di programmazione monitor costrutto di linguaggio tipo ADT Mediante primitive di comunicazione sincronizzazione mediante scambio di messaggi con primitive bloccanti e no Send(destination, msg)/receive(source, msg) tipicamente usato in ambiente multiprocessore a memoria distribuita Message Passing Interface complesso e poco controllabile problema dell affidabilita dei canali, dell autenticità dei messaggi, dei nomi dei partecipanti 16

17 Monitor Collezione di procedure, variabili, strutture dati raccolte in un pacchetto i dati del monitor non sono accessibili al di fuori di esso le procedure del monitor accedono ai dati condivisi un processo può chiamare le procedure del monitor ovunque ma una sola per volta può essere in esecuzione mutua esclusione il monitor è un costrutto di linguaggio il compilatore sa cosa fare nella traduzione 17

18 Monitor I processi produttori e consumatori eseguono le procedure del monitor, senza preoccuparsi della mutua esclusione La mutua esclusione è implicita nell uso del costrutto monitor La sezione critica è tutta raccolta nel monitor Più semplice da controllare 18

19 Prod-cons con Monitor Una sola procedura del monitor è attiva alla volta Il buffer ha N slot 19

20 Deadlock Un insieme di processi è in deadlock se ciascuno di essi è in attesa di un evento che si può verificare solo grazie ad un altro processo dell insieme, in una catena Es. Due processi A e B usano lo stesso file in modo esclusivo e la stessa stampante durante la loro esecuzione. All istante t A acquisisce il file indi viene sospeso, la CPU viene assegnata a B che acquisisce la stampante e poi si mette in attesa del file; quando la CPU torna ad A, A si mette in attesa della stampante A questo punto nessuno dei due è più in grado di proseguire 20

21 Deadlock Il deadlock è caratterizzato da 4 condizioni necessarie 1. Accesso alle risorse in mutua esclusione 2. Hold and Wait processi in possesso di risorse possono continuare a richiederne delle nuove, senza cedere quelle già acquisite anche se rimangono bloccati in attesa 3. Le risorse non sono prelazionabili 4. Attesa circolare due o più processi sono in attesa di risorse usate da un altro del gruppo 21

22 Deadlock In genere sono usate 4 strategie per far fronte al deadlock Ignorarlo Rilevamento e ripristino detection and recovery Dynamic avoidance si usa un attenta strategia di allocazione risorse Prevention si tratta di fare in modo che una delle 4 condizioni necessarie non si verifichi mai 22