Programmazione concorrente

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1 Programmazione concorrente Prof. Gerardo Pelosi & Ing. Michele Scandale 16 Ottobre 2014 Il materiale illustrato a lezione e in queste note contiene anche esempi di Fabrizio Castro, Luca Fossati, Vittorio Zaccaria. Esercizio 1 Nel seguente codice è presente una race condition. Quale? Come si risolve? int bank_account = 0; void * account_update(void *arg) { pthread_t tid = pthread_self(); printf("(%ld) Bank account before update: %d\n", tid, bank_account); bank_account ++; printf("(%ld) Bank account after update: %d\n", tid, bank_account); pthread_t first, second; pthread_create(&first, NULL, account_update, NULL); pthread_create(& second, NULL, account_update, NULL); pthread_join(first, NULL); pthread_join(second, NULL); La race condition è dovuta al fatto che esistono due thread che contemporaneamente cercano di aggiornare il valore della variabile globale bank_account. La traduzione dal C può portare ad avere una sequenza di istruzioni che realizzano l incremento della variabile. In un target RISC (architettura load-store) ad esempio l incremento può essere realizzato nel seguente modo: load R1, bank_account add R1, R1, 1 store bank_account, R1 Il thread che sta eseguendo suddetto codice può essere interrotto prima di una qualunque istruzione e quindi si possono verificare comportamenti non desiderati. Inoltre il problema si estende anche alle funzioni di stampa che richiedono la lettura della variabile globale. Si può risolvere mediante l utilizzo di un mutex per definire una sezione critica: 1

2 int bank_account = 0; pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; void * account_update(void *arg) { pthread_t tid = pthread_self(); pthread_mutex_lock(& lock); printf("(%ld) Bank account before update: %d\n", tid, bank_account); bank_account ++; printf("(%ld) Bank account after update: %d\n", tid, bank_account); pthread_mutex_unlock(& lock); pthread_t first, second; pthread_create(&first, NULL, account_update, NULL); pthread_create(& second, NULL, account_update, NULL); pthread_join(first, NULL); pthread_join(second, NULL); 2

3 Esercizio 2 Lettore-Scrittore Scrivere un programma che simuli il caso di 1 scrittore e 3 lettori: un thread si occupa di scrivere una stringa gli altri thread leggono tale stringa non ci possono essere letture contemporanee alle scritture pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; char buffer [10]; int ready = 0; void *reader(void *arg) { while (ready == 0) usleep(1); pthread_mutex_lock(& lock); printf("reader (%d) read \"%s\"\n", (int)arg, buffer); pthread_mutex_unlock(& lock); void *writer(void *arg) { snprintf(buffer, 10, "thread -%d", (int) pthread_self()); ready = 1; int main(int argc, char ** argv){ pthread_t t_readers [3]; pthread_t t_writer; for (int i = 0; i!= 3; ++i) pthread_create(& t_readers[i], NULL, reader, (void *)(i + 1)); pthread_create(& t_writer, NULL, writer, NULL); for (int i = 0; i!= 3; ++i) pthread_join( t_readers[i], NULL); pthread_join(t_writer, NULL); 3

4 Esercizio 3 Nel seguente codice c è un problema. Quale? Come si risolve? #include <semaphore.h> char symbol = \0 ; void * symbol_reader(void *arg) { printf("read %c \n", symbol); void * symbol_writer(void *arg) { symbol = (rand() % ( ~ - + 1)) + ; srand(time(null)); pthread_t reader, writer; pthread_create(& reader, NULL, symbol_reader, NULL); pthread_create(& writer, NULL, symbol_writer, NULL); pthread_join(reader, NULL); pthread_join(writer, NULL); Nel programma è presente un problema di sincronizzazione: il thread reader non è sincronizzato rispetto al thread writer, dunque quello che può accadere è che il reader non legga il carattere generato dal writer. Per risolvere tale problema è possibile utilizzare un semaforo: #include <semaphore.h> char symbol = \0 ; sem_t symbol_sem; void * symbol_reader(void *arg) { sem_wait(& symbol_sem); printf("read %c \n", symbol); void * symbol_writer(void *arg) { symbol = (rand() % ( ~ - + 1)) + ; sem_post(& symbol_sem); srand(time(null)); 4

5 sem_init(& symbol_sem, 0, 0); pthread_t reader, writer; pthread_create(& reader, NULL, symbol_reader, NULL); pthread_create(& writer, NULL, symbol_writer, NULL); pthread_join(reader, NULL); pthread_join(writer, NULL); 5