©André Santos, Concorrência: Sincronização de fina granularidade André Santos CIn-UFPE
©André Santos, Busy Waiting n Tipo de sincronização em que um processo continuamente verifica uma condição até que ela se torne verdadeira n Pode ser implementada com o conjunto de instruções de qualquer processador moderno n Ineficiente para multiprogramação
©André Santos, Busy waiting n Utilizado em dispositivos de hardware multiprocessados Pode ser usado para implementar await
©André Santos, O Problema da Exclusão Mútua (Região Crítica) n N processos executam um loop infinito: Seção crítica Seção não crítica n O programa deve satisfazer a propriedade de exclusão mútua instruções das regiões críticas de dois ou mais processos não podem ser executadas ao mesmo tempo.
©André Santos, Exclusão Mútua para N processos n N processos executando loop infinito Seção crítica Seção não crítica n Programa deve satisfazer a propriedade de exclusão mútua Em um dado instante no máximo um processo está executando sua região crítica.
©André Santos, solução: instruções adicionais n protocolo de entrada e de saída n P[i: 1..n]:: while (TRUE) { entry protocol critical section exit protocol non-critical section }
©André Santos, outras condições n um processo pode parar ou terminar fora da região crítica, sem interferir com outros processos. n Ausência de deadlock (ou livelock) se dois ou mais processos tentam entrar em sua região crítica, um deles deve conseguir.
©André Santos, Outras condições n Ausência de espera desnecessária Se um processo quer entrar em sua região crítica e os outros processos estão fora da sua região crítica ou terminaram, ele não será impedido de entrar n Entrada eventual (ausência de starvation) se um processo quer entrar na região crítica, em algum momento ele entrará.
©André Santos, Tentativa 1: variável Turn n int Turn = 1; void P1() { void P2() { while (TRUE) { while (TRUE) { /* Non_Cr_S_1 */ /* Non_Cr_S_2 */ while (Turn != 1) {}; while (Turn != 2) {}; /* Crit_S_1 */ /* Crit_S_2 */ Turn = 2; Turn = 1; } } } }
©André Santos, Verificação da solução n A solução satisfaz o requisito de exclusão mútua assuma que ela não satisfaz contradição n A solução não entra em deadlock assuma que o programa está em deadlock contradição
©André Santos, Verificação da solução n Não há starvation ao sair da região crítica cada processo passa a vez ao outro
©André Santos, Verificação da solução n A solução pode falhar se um processo parar fora da região crítica se um processo pára em sua região não crítica, o outro não pode prosseguir. n Corrotinas n Execução “sincronizada”
©André Santos, Tentativa 2: 2 variáveis n int In1, In2 = FALSE; void P1 () { void P2 () { while (TRUE) while (TRUE) { Non_Cr_S_1; { Non_Cr_S_2; while (In2) {}; while (In1) {}; In1 = TRUE; In2 = TRUE; Crit_S_1; Crit_S_2; In1 = FALSE; In2 = FALSE; } } } }
©André Santos, Verificação da solução n P1 e P2 podem entrar na seção crítica simultaneamente P1 verifica In2 e encontra In2 = FALSE P2 verifica In1 e encontra In1 = FALSE P1 seta In1 para TRUE P2 seta In2 para TRUE P1 entra na seção crítica P2 entra na seção crítica
©André Santos, Tentativa 3: n Int In1, In2 = FALSE; void P1 () { void P2() { while (TRUE) while (TRUE) { Non_Cr_S_1; { Non_Cr_S_2; In1 = TRUE; In2 = TRUE; while (In2) {}; while (In1) {}; Crit_S_1; Crit_S_2; In1 = FALSE; In2 = FALSE; } } } }
©André Santos, Verificação da solução n A solução satisfaz a propriedade de exclusão mútua
©André Santos, Verificação da solução n A solução pode entrar em deadlock P1 atribui TRUE a In1 P2 atribui TRUE a In2 P1 testa In2 e fica no loop P2 testa In1 e fica no loop
©André Santos, Tentativa 4: passando a vez n Int In1, In2 = 1; void P1 () { void P2 () { while (TRUE) while (TRUE) { Non_Cr_S_1; { Non_Cr_S_2; In1 = TRUE; In2 = TRUE; while (In2) while (In1) { In1 = FALSE; { In2 = FALSE; In1 = TRUE; In2 = TRUE; }; }; Crit_S_1; Crit_S_2; In1 = FALSE; In2 = FALSE; } } } }
©André Santos, Verificação da solução n Um processo pode ser starved P1 seta In1 para TRUE P2 seta In2 para TRUE P2 verifica In1 e seta In2 para FALSE P1 faz um ciclo completo: verifica In2, entra na região crítica, seta In1 para FALSE, executa região não-crítica, seta In1 para TRUE P2 seta In2 para TRUE...
©André Santos, Verificação da solução n A solução pode entrar em livelock n deadlock: nenhuma sequência resulta em sucesso n livelock: existe uma ou mais sequências que evita que os processos entrem na região crítica
©André Santos, Entretanto... n É possível inserir um delay entre as mudanças nas variáveis, para aumentar a possibilidade de context-switch ocorrer com variável alterada. n Uso prático: algorítimo semelhante é usado em redes Ethernet
©André Santos, Solução Ideal 1 n int In1, In2 = FALSE; void P1 () { void P2 () { while (TRUE) while (TRUE) { Non_Cr_S_1; { Non_Cr_S_2; In1 = TRUE;> In2 = TRUE;> Crit_S_1; Crit_S_2; In1 = FALSE; In2 = FALSE; } } } }
©André Santos, Solução Ideal 2 n int lock = FALSE; void P1 () { void P2 () { while (TRUE) while (TRUE) { Non_Cr_S_1; { Non_Cr_S_2; lock = TRUE;> Iock = TRUE;> Crit_S_1; Crit_S_2; lock = FALSE; lock = FALSE; } } } }
©André Santos, Exclusão mútua assistida por hardware n load e store em uma única instrução n test e set: TS(lock, cc) = n Exchange(A,B) =
©André Santos, Exclusão mútua com Test and Set n int lock = FALSE; void P1 () { void P2 () { int C1; int C2; while (TRUE) while (TRUE) { Non_Cr_S_1; { Non_Cr_S_2; TS (lock,C1); TS (lock,C2); while (C1) { while (C2) { TS (lock,C1); TS (lock,C2); }; }; Crit_S_1; Crit_S_2; lock = FALSE; lock = FALSE; } } } }
©André Santos, Vantagens n Funciona facilmente para vários processos.
©André Santos, Desvantagens n Escrita frequente nas variáveis n Todos os processos acessam a mesma variável lock.
©André Santos, Exclusão mútua com Exchange n int InCS = FALSE; void P1 () { void P2 () { int L1 = TRUE; int L2 = TRUE; while (TRUE) while (TRUE) { Non_Cr_S_1; { Non_Cr_S_2; Exchng (L1,InCS); Exchng (L2,InCS); while (L1) { while (L2) { Exchng (L1,InCS); Exchng (L2,InCS); }; }; Crit_S_1; Crit_S_2; Exchng (L1,InCS); Exchng (L2,InCS); } } } }