Разделы презентаций


5. Примитивы синхронизации презентация, доклад

Содержание

5.1. Примитив синхронизации и блокировка потоков

Слайды и текст этой презентации

Слайд 15. Примитивы синхронизации

5. Примитивы синхронизации

Слайд 25.1. Примитив синхронизации и блокировка потоков

5.1. Примитив синхронизации и блокировка потоков

Слайд 3Определение примитива синхронизации
Примитив синхронизации это программное средство (механизм, инструмент) высокого

уровня для решения задач синхронизации потоков.
Программные примитивы синхронизации обычно

реализованы как объекты ядра ОС.
Определение примитива синхронизацииПримитив синхронизации это программное средство (механизм, инструмент) высокого уровня для решения задач синхронизации потоков. Программные

Слайд 4Блокировка потоков
Рассмотрим реализацию примитивов синхронизации только для однопроцессорных компьютеров.
При этом

предположим, что микропроцессор имеет только одно ядро.
В этом случае атомарность

действий можно обеспечить посредством запрещения прерываний.
Чтобы избежать активного ожидания, будем блокировать исполнение потока в случае доступа к примитиву синхронизации, занятому другим потоком.
Блокировка потоковРассмотрим реализацию примитивов синхронизации только для однопроцессорных компьютеров.При этом предположим, что микропроцессор имеет только одно ядро.В

Слайд 5Очередь потоков
Для этого с каждым примитивом синхронизации свяжем очередь заблокированных

потоков, ждущих освобождения этого примитива синхронизации.

Очередь потоковДля этого с каждым примитивом синхронизации свяжем очередь заблокированных потоков, ждущих освобождения этого примитива синхронизации.

Слайд 6Спецификация очереди блокированных потоков
class ThreadQueue
{
Thread *tp;

// список потоков
public:
ThreadQueue(): tp(NULL) { }
~ThreadQueue() { . . .

} // здесь нетривиально
void enqueueThread(Thread& t);
bool dequeueThread();
};
Спецификация очереди блокированных потоковclass ThreadQueue{ 	Thread *tp;    			// список потоковpublic:	ThreadQueue(): tp(NULL) { }	~ThreadQueue() {

Слайд 7void ThreadQueue::enqueueThread(Thread& t)
{
includeThreadToList(t);
t.suspendThread();
}
bool ThreadQueue:: dequeueThread()
{
Thread t;
if(!tp)
return false;
else
{
t = excludeThreadFromList();
t.resumeThread();
return true;
}
}

void ThreadQueue::enqueueThread(Thread& t){	includeThreadToList(t);	t.suspendThread();}bool ThreadQueue:: dequeueThread(){	Thread t;	if(!tp)		return false;	else	{		t = excludeThreadFromList();		t.resumeThread();		return true;	}}

Слайд 85.2. Примитив синхронизации Lock (замок)

5.2. Примитив синхронизации Lock (замок)

Слайд 9Схема реализации примитива синхронизации Lock
class Lock
{
bool free;
ThreadQueue tq; // очередь

потоков
public:
Lock(): free(true) { }
~Lock() { . . . }
void acquire()

; // закрываем замок
void release(); // открываем замок
};
Схема реализации примитива синхронизации Lockclass Lock{	bool free;	ThreadQueue  tq;	// очередь потоковpublic:	Lock(): free(true) { }	~Lock() { . .

Слайд 10void Lock::acquire() // закрываем замок
{
disableInterrupt();
if (!free)
tq.enqueueThread(currentThread());
else
free = false;
enableInterrupt();
}

void Lock::acquire() // закрываем замок{	disableInterrupt();	if (!free)		tq.enqueueThread(currentThread());	else		free = false;	enableInterrupt();}

Слайд 11void Lock::release() // открываем замок
{
disableInterrupt();
if (!tq.dequeueThread())
free = true;
enableInterrupt();
}

void Lock::release() // открываем замок{	disableInterrupt();	if (!tq.dequeueThread())		free = true;	enableInterrupt();}

Слайд 12Решение проблемы взаимного исключения для двух потоков при помощи примитива

синхронизации Lock
Для этого рассмотрим следующие потоки:

Lock lock;
void thread_1( ) void thread_2(

)
{ {
beforeCriticalSection_1(); beforeCriticalSection_2();
lock.acquire(); lock.acquire();
criticalSection_1(); criticalSection_2();
lock.release(); lock.release();
afterCriticalSection_1(); afterCriticalSection_2();
} }
Решение проблемы взаимного исключения для двух потоков при помощи примитива синхронизации LockДля этого рассмотрим следующие потоки:Lock lock;void

Слайд 13Аналоги примитива Lock в Windows
В операционной системе Windows аналогами примитива

синхронизации Lock являются примитивы синхронизации CRITICAL_SECTION и Mutex.

Аналоги примитива Lock в WindowsВ операционной системе Windows аналогами примитива синхронизации Lock являются примитивы синхронизации CRITICAL_SECTION и

Слайд 145.3. Примитив синхронизации Condition (условие)

5.3. Примитив синхронизации Condition (условие)

Слайд 15Схема реализации примитива синхронизации Condition
class Condition
{
bool event;
ThreadQueue tq; // очередь потоков
public:
Condition

(): event(false) { }
~Condition () { . . . }
void

wait(); // ждем выполнения условия
void signal(); // сигнализируем о выполнении условия
};
Схема реализации примитива синхронизации Conditionclass Condition{	bool event;	ThreadQueue tq;	// очередь потоковpublic:	Condition (): event(false) { }	~Condition () { .

Слайд 16// ждем выполнения условия
void Condition::wait()
{
disableInterrupt();
if (event)
event = false;
else
tq.enqueueThread(currentThread());
enableInterrupt();
}

// ждем выполнения условияvoid Condition::wait(){	disableInterrupt();	if (event)		event = false;	else		tq.enqueueThread(currentThread());	enableInterrupt(); }

Слайд 17// сигнализируем о выполнении условия
void signal()
{
disableInterrupt();
if (!tq.dequeueThread())
event = true;
enableInterrupt();
}

// сигнализируем о выполнении условияvoid signal(){	disableInterrupt();	if (!tq.dequeueThread())		event = true;	enableInterrupt(); }

Слайд 18Решение задачи условной синхронизации для двух потоков при помощи примитива

синхронизации Condition
Для этого рассмотрим следующие потоки.

Condition c; // начальное состояние

несигнальное
 
void thread_1( ) void thread_2( )
{ {
beforeCondition_1(); beforeCondition_2(); c.wait(); c.signal();
afterCodition_1(); afterCondition_2();
} }
Решение задачи условной синхронизации для двух потоков при помощи примитива синхронизации ConditionДля этого рассмотрим следующие потоки.Condition c;

Слайд 19Решение при помощи примитива синхронизации Condition проблемы взаимного исключения для

двух потоков
Для этого рассмотрим следующие потоки:

Condition c; // начальное состояние

несигнальное
c.signal(); // устанавливаем в сигнальное состояние
 
void thread_1( ) void thread_2( )
{ {
beforeCriticalSection_1(); beforeCriticalSection_2();
c.wait(); c.wait();
criticalSection_1(); criticalSection_2();
c.signal(); c.signal();
afterCriticalSection_1(); afterCriticalSection_2();
} }
Решение при помощи примитива синхронизации Condition проблемы взаимного исключения для двух потоковДля этого рассмотрим следующие потоки:Condition c;

Слайд 20Аналог примитива Condition в Windows
В операционной системе Windows аналогом примитива

синхронизации Condition является примитив синхронизации Event.

Аналог примитива Condition в WindowsВ операционной системе Windows аналогом примитива синхронизации Condition является примитив синхронизации Event.

Слайд 215.4. Семафоры Дейкстры

5.4. Семафоры Дейкстры

Слайд 22Определение семафора
Семафор – это неотрицательная целочисленная переменная, значение которой может

изменяться только при помощи атомарных операций.
Семафор считается свободным, если его

значение больше нуля, в противном случае семафор считается занятым.
Определение семафораСемафор – это неотрицательная целочисленная переменная, значение которой может изменяться только при помощи атомарных операций.Семафор считается

Слайд 23Операции над семафором
Пусть s – семафор, тогда над ним можно

определить следующие атомарные операции:
P(s) // захватить семафор
{
если s >0
то

s = s – 1; // поток продолжает работу
иначе
ждать освобождения s; // поток переходит в состояние ожидания
}
V(s) // освободить семафор
{
если потоки ждут освобождения s
то освободить один поток;
иначе
s = s + 1;
}
Операции над семафоромПусть s – семафор, тогда над ним можно определить следующие атомарные операции:P(s)  // захватить

Слайд 24Из определения операций над семафором видно, что если поток выдает

операцию P и значение семафора больше нуля, то значение семафора

уменьшается на 1 и этот поток продолжает свою работу, в противном случае поток переходит в состояние ожидания до освобождения семафора другим потоком.
Вывести из состояния ожидания поток, который ждет освобождения семафора, может только другой поток, который выдает операцию V над этим же семафором.
Из определения операций над семафором видно, что если поток выдает операцию P и значение семафора больше нуля,

Слайд 25Определение семафора Дейкстры
Семафор с операциями P и V называется семафором

Дейкстры, голландского математика, который первым использовал семафоры для решения задач

синхронизации.
Определение семафора ДейкстрыСемафор с операциями P и V называется семафором Дейкстры, голландского математика, который первым использовал семафоры

Слайд 26Сильный и слабый семафоры
Потоки, ждущие освобождения семафора, выстраиваются в очередь

к этому семафору.
Дисциплина обслуживания очереди зависит от конкретной реализации.
Очередь может

обслуживаться как по правилу FIFO, так и при помощи более сложных алгоритмов, учитывая приоритеты потоков.
Если очередь семафора обслуживается по алгоритму FIFO, то семафор называется сильным, иначе - слабым.
Сильный и слабый семафорыПотоки, ждущие освобождения семафора, выстраиваются в очередь к этому семафору.Дисциплина обслуживания очереди зависит от

Слайд 27Двоичный и считающий семафоры
Семафор, который может принимать только значения 0

или 1, называется двоичным или бинарным семафором.
Семафор, значение которого может

быть больше 1, обычно называют считающими семафором.
Двоичный и считающий семафорыСемафор, который может принимать только значения 0 или 1, называется двоичным или бинарным семафором.Семафор,

Слайд 28Решение проблемы взаимного исключения для двух потоков при помощи семафора

Semaphor s = 1; // семафор свободен
 
void

thread_1( ) void thread_2( )
{ {
beforeCriticalSection_1(); beforeCriticalSection_2();
P(s); // захватить P(s); // захватить
criticalSection_1(); criticalSection_2();
V(s); // освободить V(s); // освободить
afterCriticalSection_1(); afterCriticalSection_2();
} }
Решение проблемы взаимного исключения для двух потоков при помощи семафора Semaphor s = 1;

Слайд 29Решение проблемы условной синхронизации для двух потоков при помощи семафора
Semaphor

s = 0; // семафор занят
 
void thread_1(

) void thread_2( )
{ {
beforeEvent_1(); beforeEvent_2();
P(s); // wait V(s); // signal
afterEvent_1(); afterEvent_2();
} }
Решение проблемы условной синхронизации для двух потоков при помощи семафораSemaphor s = 0;    //

Слайд 305.5. Примитив синхронизации Semaphore (семафор)

5.5. Примитив синхронизации Semaphore (семафор)

Слайд 31class Semaphore
{
int count;

// счетчик
ThreadQueue tq; // очередь потоков
public:
Semaphore(int& n): count(n) {}
~Semaphore()

{ . . . }
void wait(); // закрыть семафор
void signal(); // открыть семафор
};

Схема реализации примитива синхронизации семафор

class Semaphore{ 	int count;        	// счетчик	ThreadQueue tq; 	// очередь потоковpublic:	Semaphore(int&

Слайд 32 void Semaphore::wait() // закрыть семафор
{

disableInterrupt();
if (count > 0)

--count;
else
tq.enqueueThread(currentThread());
enableInterrupt();
}
void Semaphore::wait()   // закрыть семафор {   disableInterrupt();   if (count >

Слайд 33void Semaphore::signal() // открыть семафор
{
disableInterrupt();

if (!tq.dequeueThread())
++count;

enableInterrupt();
}
void Semaphore::signal()  // открыть семафор {   disableInterrupt();   if (!tq.dequeueThread())

Слайд 345.6. Объекты синхронизации и функции ожидания в Windows

5.6. Объекты синхронизации и функции ожидания в Windows

Слайд 35Объекты синхронизации
В операционных системах Windows объектами синхронизации называются объекты ядра,

которые могут находиться в одном из двух состояний:
сигнальном (signaled);
несигнальном (nonsignaled).

Объекты синхронизацииВ операционных системах Windows объектами синхронизации называются объекты ядра, которые могут находиться в одном из двух

Слайд 36Классификация объектов синхронизации
Объекты синхронизации могут быть разбиты на три класса:
собственно

объекты синхронизации, которые служат только для решения проблемы синхронизации параллельных

потоков. К таким объектам синхронизации в Windows относятся:
мьютекс (mutex);
событие (event);
семафор (semaphore);
ожидающий таймер (waitable timer);
объекты, которые переходят в сигнальное состояние по завершении своей работы или при получении некоторого сообщения
Например, потоки и процессы. Пока эти объекты выполняются, они находятся в несигнальном состоянии. Если выполнение этих объектов заканчивается, то они переходят в сигнальное состояние.
Классификация объектов синхронизацииОбъекты синхронизации могут быть разбиты на три класса:собственно объекты синхронизации, которые служат только для решения

Слайд 37Функции ожидания
Функции ожидания в Windows это такие функции, которые используются

для блокировки исполнения потоков в зависимости от состояния объекта синхронизации,

который является параметром функции ожидания.
При этом блокировка потоков выполняется следующим образом:
если объект синхронизации находится в несигнальном состоянии, то поток, вызвавший функцию ожидания, блокируется до перехода этого объекта синхронизации в сигнальное состояние;
если объект синхронизации находится в сигнальном состоянии, то поток, вызвавший функцию ожидания, продолжает свое исполнение, а объект синхронизации, как правило, переходит в несигнальное состояние.
Функции ожиданияФункции ожидания в Windows это такие функции, которые используются для блокировки исполнения потоков в зависимости от

Слайд 38Функции ожидания в Windows
WaitForSingleObject – ждет перехода в сигнальное состояние

одного объекта синхронизации;
WaitForMultipleObjects – ждет перехода в сигнальное состояние одного

или нескольких объектов из массива объектов синхронизации.
Функции ожидания в WindowsWaitForSingleObject – ждет перехода в сигнальное состояние одного объекта синхронизации;WaitForMultipleObjects – ждет перехода в

Слайд 395.7. Критические секции в Windows

5.7. Критические секции в Windows

Слайд 40Назначение объекта критическая секция
Для решения проблемы взаимного исключения для параллельных

потоков, выполняемых в контексте одного процесса, в операционной системе Windows

предназначены объекты типа CRITICAL_SECTION.
Объект типа CRITICAL_SECTION не является объектом ядра операционной системы, так как предполагается его использование только в контексте одного процесса.
Это повышает скорость работы этого примитива синхронизации, так как не требуется обращаться к ядру операционной системы.
Назначение объекта критическая секцияДля решения проблемы взаимного исключения для параллельных потоков, выполняемых в контексте одного процесса, в

Слайд 41Функции для работы с объектами типа CRITICAL_SECTION
InitializeCriticalSection – инициализация объекта;
EnterCriticalSection

– вход в критическую секцию;
TryEnterCriticalSection – попытка входа в критическую

секцию;
LeaveCriticalSection – выход из критической секции;
DeleteCriticalSection – завершение работы с объектом;
Функции для работы с объектами типа CRITICAL_SECTIONInitializeCriticalSection – инициализация объекта;EnterCriticalSection – вход в критическую секцию;TryEnterCriticalSection – попытка

Слайд 425.8. Мьютексы в Windows

5.8. Мьютексы в Windows

Слайд 43Назначение мьютексов
Для решения проблемы взаимного исключения для параллельных потоком, выполняющихся

в контексте разных процессов, в операционной системе Windows предназначен объект

ядра мьютекс (mutex).
Мьютекс находится в сигнальном состоянии, если он не принадлежит ни одному потоку.
В противном случае мьютекс находится в несигнальном состоянии.
Одновременно мьютекс может принадлежать только одному потоку.
Назначение мьютексовДля решения проблемы взаимного исключения для параллельных потоком, выполняющихся в контексте разных процессов, в операционной системе

Слайд 44Функции для работы с мьютексами
CreateMutex – создание мьютекса;
OpenMutex – получение

доступа к существующему мьютексу;
ReleaseMutex – освобождение мьютекса (переход мьютекса в

сигнальное состояние);
WaitForSingleObject или WaitForMultipleObjects – захват мьютекса (ожидание сигнального состояния мьютекса).
Функции для работы с мьютексамиCreateMutex – создание мьютекса;OpenMutex – получение доступа к существующему мьютексу;ReleaseMutex – освобождение мьютекса

Слайд 455.9. События в Windows

5.9. События в Windows

Слайд 46Назначение событий
В операционных системах Windows события описываются объектами ядра Event.
Объекты

типа Event предназначены для решения задачи условной синхронизации.

Назначение событийВ операционных системах Windows события описываются объектами ядра Event.Объекты типа Event предназначены для решения задачи условной

Слайд 47Типы событий
В Windows различают два типа событий:
события с ручным сбросом;
события

с автоматическим сбросом.

Типы событийВ Windows различают два типа событий:события с ручным сбросом;события с автоматическим сбросом.

Слайд 48События с ручным сбросом
Событие с ручным сбросом можно перевести в

несигнальное состояние только посредством вызова функции ResetEvent.

События с ручным сбросомСобытие с ручным сбросом можно перевести в несигнальное состояние только посредством вызова функции ResetEvent.

Слайд 49События с автоматическим сбросом
Событие с автоматическим сбросом переходит в несигнальное

состояние как при помощи функции ResetEvent, так и при помощи

функций ожидания WaitForSingleObject или WaitForMultipleObjects.
Если события с автоматическим сбросом ждут несколько потоков, используя функцию WaitForSingleObject, то из состояния ожидания освобождается только один из этих потоков.
События с автоматическим сбросомСобытие с автоматическим сбросом переходит в несигнальное состояние как при помощи функции ResetEvent, так

Слайд 50Функции для работы с событиями
CreateEvent – создание события;
OpenEvent – получение

доступа к существующему событию;
SetEvent – перевод события в сигнальное состояние;
ResetEvent

– перевод события в несигнальное состояние;
PulseEvent – освобождение нескольких потоков, ждущих сигнального состояния события с ручным сбросом;
WaitForSingleObject или WaitForMultipleObjects – ожидание наступления события (перехода события в сигнальное состояние).
Функции для работы с событиямиCreateEvent – создание события;OpenEvent – получение доступа к существующему событию;SetEvent – перевод события

Слайд 515.10. Семафоры в Windows

5.10. Семафоры в Windows

Слайд 52Назначения семафоров
Семафоры в операционных системах Windows описываются объектами ядра Semaphore.
При

помощи семафоров может решаться как задача взаимного исключения, так и

задача условной синхронизации.
Поэтому семафор часто называют универсальным примитивом синхронизации.
Назначения семафоровСемафоры в операционных системах Windows описываются объектами ядра Semaphore.При помощи семафоров может решаться как задача взаимного

Слайд 53Состояния и значения семафора
Семафор находится в сигнальном состоянии, если его

значение больше нуля.
В противном случае семафор находится в несигнальном состоянии.

Состояния и значения семафораСемафор находится в сигнальном состоянии, если его значение больше нуля.В противном случае семафор находится

Слайд 54Функции для работы с семафорами
CreateSemaphore – создание семафора;
OpenSemaphore – получение

доступа к существующему семафору;
ReleaseSemaphore – увеличение значения семафора на положительное

число;
WaitForSingleObject или WaitForMultipleObjects – ожидание перехода семафора в сигнальное состояние.
Функции для работы с семафорамиCreateSemaphore – создание семафора;OpenSemaphore – получение доступа к существующему семафору;ReleaseSemaphore – увеличение значения

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое TheSlide.ru?

Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно  хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика