АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Мониторы Хоара

Анализ рассмотренных задач показывает, что, несмотря на очевидные достоинст­ва (простота, независимость от количества процессов, отсутствие «активного ожидания»), семафорные механизмы имеют и ряд недостатков. Семафорные ме­ханизмы являются слишком примитивными, так как семафор не указывает не­посредственно на синхронизирующее условие, с которым он связан, или на критический ресурс. Поэтому при построении сложных схем синхронизации ал­горитмы решения задач порой получаются весьма непростыми, ненаглядными и затруднительными для доказательства их правильности.

Необходимо иметь понятные, очевидные решения, которые позволят приклад­ным программистам без лишних усилий, связанных с доказательством правиль­ности алгоритмов и отслеживанием большого числа взаимосвязанных объектов, создавать параллельные взаимодействующие программы. К таким решениям мож­но отнести так называемые мониторы, предложенные Хоаром [31].

В параллельном программировании монитор — это пассивный набор разделяе­мых переменных и повторно входимых процедур доступа к ним, которым про­цессы пользуются в режиме разделения, причем в каждый момент им может пользоваться только один процесс.

Рассмотрим, например, некоторый ресурс, который разделяется между процесса­ми каким-либо планировщиком [37]. Каждый раз, когда процесс желает полу­чить в свое распоряжение какие-то ресурсы, он должен обратиться к программе-планировщику. Этот планировщик должен иметь переменные, с помощью которых он отслеживает, занят ресурс или свободен. Процедуру планировщика разделя­ют все процессы, и каждый процесс может в любой момент захотеть обратиться к планировщику. Но планировщик не в состоянии обслуживать более одного про­цесса одновременно. Такая процедура-планировщик и представляет собой при­мер монитора.

Таким образом, монитор — это механизм организации параллелизма, который содержит как данные, так и процедуры, необходимые для реализации динамиче­ского распределения конкретного общего ресурса или группы общих ресурсов. Процесс, желающий получить доступ к разделяемым переменным, должен обра­титься к монитору, который либо предоставит доступ, либо откажет в нем. Необ­ходимость входа в монитор с обращением к какой-либо его процедуре (напри­мер, с запросом на выделение требуемого ресурса) может возникать у многих процессов. Однако вход в монитор находится под жестким контролем — здесь осуществляется взаимоисключение процессов, так что в каждый момент време­ни только одному процессу разрешается войти в монитор. Процессам, которые хотят войти в монитор, когда он уже занят, приходится ждать, причем режимом ожидания автоматически управляет сам монитор. При отказе в доступе монитор блокирует обратившийся к нему процесс и определяет условие, по которому процесс ждет. Проверка условия выполняется самим монитором, который и де­блокирует ожидающий процесс. Поскольку механизм монитора гарантирует взаимоисключение процессов, отсутствуют серьезные проблемы, связанные с ор­ганизацией параллельных взаимодействующих процессов.

Внутренние данные монитора могут быть либо глобальными (относящимися ко всем процедурам монитора), либо локальными (относящимися только к одной конкретной процедуре). Ко всем этим данным можно обращаться только изнут­ри монитора; процессы, находящиеся вне монитора и, по существу, только вызы­вающие его процедуры, просто не могут получить доступ к данным монитора. При первом обращении монитор присваивает своим переменным начальные зна­чения. При каждом последующем обращении используются те значения пере­менных, которые сохранились от предыдущего обращения.

Если процесс обращается к некоторой процедуре монитора и обнаруживается, что соответствующий ресурс уже занят, эта процедура монитора выдает команду ожидания WAIT с указанием условия ожидания. Процесс мог бы оставаться внут­ри монитора, однако это противоречит принципу взаимоисключения, если в мо­нитор затем вошел бы другой процесс. Поэтому процесс, переводящийся в ре­жим ожидания, должен вне монитора ждать того момента, когда необходимый ему ресурс освободится.

Со временем процесс, который занимал данный ресурс, обратится к монитору, чтобы возвратить ресурс системе. Соответствующая процедура монитора при этом может просто принять уведомление о возвращении ресурса, а затем ждать, пока не поступит запрос от другого процесса, которому потребуется этот ресурс. Од­нако может оказаться, что уже имеются процессы, ожидающие освобождения данного ресурса. В этом случае монитор выполняет команду извещения (сигна­лизации) SIGNAL, чтобы один из ожидающих процессов мог получить данный ре­сурс и покинуть монитор. Если процесс сигнализирует о возвращении (иногда называемом освобождением) ресурса и в это время нет процессов, ожидающих данного ресурса, то подобное оповещение не вызывает никаких других последст­вий кроме того, что монитор, естественно, вновь вносит ресурс в список свобод­ных. Очевидно, что процесс, ожидающий освобождения некоторого ресурса, дол­жен находиться вне монитора, чтобы другой процесс имел возможность войти в монитор и возвратить ему этот ресурс.

Чтобы гарантировать, что процесс, находящийся в ожидании некоторого ресур­са, со временем получит этот ресурс, делается так, что ожидающий процесс име­ет более высокий приоритет, чем новый процесс, пытающийся войти в мони­тор. В противном случае новый процесс мог бы перехватить ожидаемый ресурс до того, как ожидающий процесс вновь войдет в монитор. Если допустить много­кратное повторение подобной нежелательной ситуации, то ожидающий процесс мог бы откладываться бесконечно. Однако для систем реального времени можно допустить использование дисциплины обслуживания на основе абсолютных или динамически изменяемых приоритетов.

В листинге 6.16 в качестве примера приведен простейший монитор для выделе­ния одного ресурса.

Листинг 6.16. Пример монитора Хоара

monitor Resourse:

condition free; { условие - свободный }

var busy: boolean; { busy - занят } Продолжение #