Un esercizio d esame. Flavio De Paoli

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1 Un esercizio d esame e note sulla gestione dei dati Flavio De Paoli

2 Il testo (Appello 22 ottobre 2001) Una stazione di servizio dispone di n distributori di benzina. I clienti si presentano a uno dei distributori e chiedono una certa quantità di benzina. Se il distributore è in grado di soddisfare la richiesta, il cliente viene servito; altrimenti, rinuncia. A intervalli arbitrari, un autocisterna rifornisce i distributori; il rifornimento può avvenire solo se i distributori sono liberi, e durante il rifornimento i clienti non possono accedere a nessun distributore. I distributori sono inizialmente pieni, e ogni rifornimento li riempie di nuovo.

3 Il testo (Appello 22 ottobre 2001) Si chiede di modellare il sistema utilizzando LTSA e di scrivere il corrispondente programma Java con thread e monitor. Per LTSA: limitare a due il numero dei distributori; definire la capacità dei distributori come una costante di valore 5; limitare a tre il numero dei clienti; definire i possibili valori delle richieste dei clienti come range Q = Per Java: il numero dei clienti e il numero dei distributori devono essere parametri del programma; la capacità dei distributori e il valore massimo delle richieste da parte dei clienti vanno dichiarati come costanti.

4 Affrontare il problema 1) Capire il problema Individuare le entità Individuare gli aspetti di concorrenza 2) Costruire il modello Definire i processi Comporre i processi Proprietà? 3) Dal modello all implementazione Java

5 Capire il problema Esaminando il testo si possono individuare tre entità: i clienti i distributori l'autobotte Esaminiamo il problema posto per individuare dove c'e' concorrenza

6 Il problema: la concorrenza I clienti attivi (saranno processi in Java) accedono ai distributori che sono le risorse condivise: qui serve la mutua esclusione I distributori passivi (saranno monitor) poiche' i clienti scelgono a priori, non occorre una gestione integrata servono tanti monitor quanti sono i distributori (quindi basta definire un processo ed istanziarlo n volte) L'autobotte - attiva Il testo dice: "il rifornimento può avvenire solo se i distributori sono liberi, e durante il rifornimento i clienti non possono accedere a nessun distributore". Questa e' la condizione di eventuale sospensione dei clienti all'interno del monitor (il distributore e' libero, ma inaccessibile per rifornimento).

7 Il modello Costanti e intervalli const Clienti = 3 // numero max clienti const CapienzaMax = 3 // capienza max del distributore range Capienza = 0..CapienzaMax // capienza del distributore range NumDistributori = 1..2 // numero e identificatori dei distributori range Richiesta = 1..2 // carburante richiesto dai clienti

8 Il modello: CLIENTE Un cliente sceglie un distributore d ed effettua una richiesta r CLIENTE = ( dist[d:numdistributori].chiedi[r:richiesta] -> C[d][r] ), se c'e' benzina sufficiente "carica", altrimenti "rinunzia" C[d:NumDistributori][r:Richiesta] = ( dist[d].carica -> CLIENTE dist[d].rinunzia -> CLIENTE ). (la composizione con il distributore determina l'azione possibile)

9 Il modello: AUTOBOTTE Supponiamo che tutti i distributori vengano riempiti con un'unica operazione di "rifornimento" AUTOBOTTE = ( rifornimento -> AUTOBOTTE ). (L'azione verra' abilitata solo quando non ci sono clienti che stanno usando uno o piu' distributori)

10 Il modello: DISTRIBUTORE Per modellare un distributore basta una etichetta che rappresenti la benzina presente la mutua esclusione viene modellata dalla sequenza delle azioni. DISTRIBUTORE = DISTRIBUTORE[CapienzaMax], DISTRIBUTORE[disponibile:Capienza] = ( chiedi[r:richiesta] -> SERVIZIO[disponibile][r] rifornimento -> DISTRIBUTORE[CapienzaMax] ), un distributore può accettare o la richiesta di un cliente, o la richiesta dell'autobotte

11 Il modello: DISTRIBUTORE attivando un sottoprocesso per servire un cliente si esclude la possibilita' del rifornimento, come richiesto dal testo. SERVIZIO[disponibile:Capienza][r:Richiesta] = ( when ( r <= disponibile ) carica -> DISTRIBUTORE[disponibile-r] when ( disponibile < r ) rinunzia -> DISTRIBUTORE[disponibile] ). NOTA: il rifornimento e' stato modellato con una sola operazione, se fosse stato modellato con piu' operazioni si sarebbe potuto creare un nuovo sottoprocesso come per SERVIZIO.

12 Il modello: il sistema CMP = ( cliente[1..clienti]:cliente {cliente[1..clienti]:: dist[d:numdistributori]:distributore AUTOBOTTE ) / { rifornimento / { cliente[1..clienti].dist[d:numdistributori].rifornime nto. Le operazioni "rifornimento" vengono unificate per modellare il fatto che solo l'autobotte puo' invocare l'azione, altrimenti anche i clienti potrebbero farlo

13 L implementazione Il sistema implementa come classi i processi del modello e le istanzia in modo opportuno Aspetti rilevanti Clienti accedono al distributore: basta la mutua esclusione -> synchronized Autobotte accede al distributore: bisogna fermare tutti i clienti -> wait & notify

14 Accesso ai dati condivisi Nel nostro contesto sono rilevanti i dati condivisi 2 situazioni standard Cliente1 Cliente2 Cliente1 Cliente2 Attesa fuori dal monitor acquisisci Attesa nel monitor Monitor Monitor rilascia

15 Il main public class Soluzione0110 { public static void main (String[] args) { int numclienti = 0; // numero clienti (parametro) int numdistributori = 0; // numero distributori (parametro) // NOTA: se viene chiesto di parametrizzare un sistema, si devono // passare gli argomenti al main, come fatto in questa soluzione. if (args.length < 2) { System.out.println("Usage: java Soluzione0110 numdistributori numclienti"); return; numdistributori = Integer.parseInt(args[0]); numclienti = Integer.parseInt(args[1]); System.out.println("Starting App");

16 Il main // creazione distributori Distributore[] dist = new Distributore[numDistributori]; for ( int i=0 ; i < dist.length ; i++ ) { dist[i] = new Distributore("dist" + (i+1)); // creazione dei clienti for ( int i=1 ; i <= numclienti ; i++ ) { new Cliente ("cliente" + i, dist).start(); // coerentemente al modello creo una cisterna new Autobotte(dist).start();

17 Il Cliente public class Cliente extends Thread { static final int max = 3; // max richiesta per cliente Distributore[] dist; public Cliente (String nome, Distributore[] dist) { super(nome); this.dist = dist; public void run () {

18 if ( dist[qualed].carica(quanto) ) Il Cliente public void run () { int qualed, quanto; //distributore scelto e richiesta while (true) { qualed = (int) (Math.random() * dist.length); quanto = (int) (Math.random() * max + 1);

19 L Autobotte class Autobotte extends Thread { Distributore[] dist; public Autobotte (Distributore[] d) { this.dist = d; public void run () { while (true) { try { Thread.sleep((int) (Math.random()*3000)); catch (InterruptedException e) { // richiedo i distributori for(int i=0; i<dist.length; i++) { dist[i].acquisisci(); // li rifornisco for(int i=0; i<dist.length; i++) { dist[i].rifornimento(); // li rilascio for(int i=0; i<dist.length; i++) { dist[i].rilascia();

20 Il Distributore class Distributore { public final String nome; final int pieno = 7; int capacita = pieno; boolean libero = true; public Distributore (String nome) { this.nome = nome; public synchronized boolean carica (int richiesta) { while (!libero) // se c'e' rifornimento aspetto try {wait(); catch (InterruptedException e) { if ( capacita < richiesta ) { return false; else { capacita -= richiesta; return true;

21 Il Distributore (cont.) public synchronized void acquisisci () { // non ho bisogno di test: se entro vuol dire che non ci sono clienti // domanda: perche'? libero = false; public synchronized void rifornimento () { System.out.println("Rifornimento " + nome); capacita = pieno; public synchronized void rilascia () { // sveglio eventuali clienti in attesa libero = true; notifyall(); // domanda: si potrebbe usare solo notify()? Problemi di deadlock o starvation?