КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ. Цель работы - практическое знакомство с методами синхронизации двух потоков одного процесса с помощью критических секций

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

СРЕДСТВА СИНХРОНИЗАЦИИ ПОТОКОВ И ТУПИКИ

Цель работы - практическое знакомство с методами синхронизации двух потоков одного процесса с помощью критических секций, мьютексов, семафоров и событий, а также средствами анализа тупиковых ситуаций.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В случае одновременной модификации глобальной переменной двумя и более потоками возможна потеря выполненных изменений. Для правильной работы приложений с несколькими потоками необходимо обеспечить поочередный доступ потоков к операторам программы, выполняющим изменение и запись значений переменной в память (критическим участкам).

Только один процесс должен иметь возможность изменять и записывать значения глобальных переменных.

Участок программного кода, в котором поток имеет возможность обращаться к общему неразделяемому ресурсу с целью его модификации, называется критическим участком.

Правильная работы программы, содержащей критические участки, возможна только при поочередном выполнении потоками программы критических участков.

Для решения этой задачи могут использоваться простые средства – критические секции, обеспечивающие поочередный доступ к критическим участкам потоков одного процесса, и более сложные средства – Mutex (mutually exclusive – взаимно - исключающий) - мьютексы, решающие такую же задачу для потоков, созданных различными процессами. Кроме того, задача обеспечения поочередного доступа потоков к критическим участкам может быть решена с помощью универсальных средств синхронизации - семафоров и событий.

В рассмотренном ниже приложении два потока увеличивают значение глобальной переменной Global от начального значения 100 на 1 при каждом выполнении цикла. Число повторений цикла каждого потока равно 12, результаты увеличения переменной Global выводятся на экран с помощью двух компонентов ListBox.

При правильной работе приложения конечным значением переменной должно быть число 100+12+12=124. Однако без специальных мер такого значения получить в общем случае не удается, так как потоки " мешают ” друг другу.

1.1 Критические секции

Критические секции – средство синхронизации потоков одного приложения. Критические секции обеспечивают поочередный доступ потоков к критическим участкам программы. Для использования критической секции ее необходимо создать, то есть объявить глобальную переменную sect1 типа TRTLCriticalSection и инициализировать ее с помощью вызова функции

initializeCriticalSection (sect1)

Для обеспечения поочередного доступа потоков к критическому участку в начале критического участка вызывается функция

EnterCriticalSection (имя секции), а в конце – функция

LeaveCriticalSection (имя секции).

После окончания использования критической секции она уничтожается вызовом функции DeleteCriticalSection(sect1).

1.2 Мьютексы

Мьютекс – объект ядра, используемый как средство синхронизации доступа потоков одного или нескольких приложений к критическому участку.

Мьютекс создается с помощью функции

Createmutex (

lpMutexAttributes : LPSECURITY_ATTRIBUTES; // обычно равен nil указатель на атрибут

// безопасности

False ; // принадлежность создавшему потоку

lpSemaphoreAttributes : LPSECURITY_ATTRIBUTES // обычно равен nil

) : Thandle ;

В начале критического участка вызывается функция

Waitforsingleobject (hmut, infinite); а в конце - функция

Releasemutex (hmut) – освобождение критического участка (мьютекса).

Удаление объекта ядра Mutex выполняет функция

CloseHandle (hmut).

1.3 Семафоры

Семафор – объект ядра, используемый как универсальное средство управления ресурсами. Как правило, семафор используется для учета неразделяемых ресурсов. В данной работе семафор должен использоваться для синхронизации двух конкурирующих потоков одного приложения.

Семафор создается с помощью функции

CreateSemaphore(

lpSemaphoreAttributes : LPSECURITY_ATTRIBUTES, // обычно равен nil

Count : integer; // начальное значение счетчика свободных ресурсов

MaximumCount : integer; // максимальное количество свободных ресурсов

lpName : LPCTSTR // имя семафора - обычно nil

) : Thandle ;

В начале критического участка вызывается функция

Waitforsingleobject (hmut, infinite); а в конце - функция

ReleaseSemaphore (hsem, 1, nil) - освобождение критического участка (семафора).

Удаление объекта ядра Semsphore выполняет функция

CloseHandle (hmut).

1.4 События

Событие с автоматическим сбросом создается с помощью функции

CreateEvent(

lpEventAttributes : LPSECURITY_ATTRIBUTES, // обычно равен nil

bManualReset : BOOL, // тип события - manual-reset event - False

bInitialState : BOOL, // начальное состояние initial state

lpName : LPCTSTR // имя события - обычно равен nil

) : THANDLE;

В начале критического участка вызывается функция

Waitforsingleobject (hmut, infinite); а в конце - функция

SetEvent (hev) - освобождение критического участка (события).

Удаление объекта ядра Event выполняет функция

CloseHandle (hev).

1.5 Тупики и распознавание тупиков

Тупиком (deadlock) называется такое состояние вычислительной системы, в котором ДВА или более потоков находятся в заблокированном состоянии, при этом каждый из потоков ждет освобождения ресурса, занятого другим потоком.

Попавшие в тупик процессы не получают процессорного времени, однако не выполняют никакой полезной работы, бесполезно занимая ресурсы вычислительной системы. Тупики должны распознаваться и устраняться как на этапе отладки приложений, так и на этапе их эксплуатации.

Для распознавания тупика и определения потоков и попавших в тупик ресурсов могут использоваться как классические средства, например модель Холта, так и современные средства, входящие в состав ОС Vista и Windows 2008 Server.

Для обнаружения взаимных блокировок в ОС Vista и Windows 2008 Server включены следующие функции Wait Chain Traversal API:

OpenThreadWaitChainSession() – создание новой WCT – сессии

GetThreadWaitChain () – для получения массива цепочек ожидания указанного потока. Функция распознает тупики – см. [1] и [4]. Цепочка ожидания – wait chain – определяется Microsoft как последовательность потоков и синхронизирующих объектов, в которой за потоком идет объект, ожидаемый этим потоком и принадлежащий следующему потоку в этой последовательности.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 161; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!