Giáo trình phân tích quy trình tập hợp các tiến trình hoạt động của hệ thống multiprocessor p6 pdf

xem có tiến trình nào đang đợi trong hàng đợi hay không, nếu có thì đưa tiến
trình trong hàng đợi vào đoạn găng. Khi tiến trình gọi Up thì hệ thống sẽ
thực hiện như sau: S:= S + 1, nếu S <= 0 đưa một tiến trình trong F(s) vào
đoạn găng. Up được cài đặt như sau:
Procedure Up(s);
Begin
S := S + 1;
If S <= 0 Then
Begin
Exit(Q,F(s) ); {đưa tiến trình ra khỏi F(S)}
Status(Q) = ready ; {chuyển tiến trình sang ready}
Enter(Q, ready-list ); {đưa tiến trình vào ready list}
End;
End;
Sau đây là sơ đồ điều độ dùng Semaphore (sự đánh tín hiệu bằng cờ) cho 2
tiến trình P1 và P2, hai tiến trình này hoạt động đồng thời cùng truy xuất đến tài
nguyên găng tương ứng với semaphore (sự đánh tín hiệu bằng cờ) S. Tài nguyên
găng này chỉ có thể đáp ứng cho một tiến trình tại một thời điểm nên S được khởi
gán bằng 1.
Program MultualExclution;
Const
n = 2;
Var
s: semaphore (sự đánh tín hiệu bằng cờ);
{ }
Procedure P(i:Integer);
Begin
Repeat
Down(s); {kiểm tra và xác lập quyền vào đoạn găng}
<Đoạn găng>;
Up(s); {rời đoạn găng và kích hoạt tiến trình

khác}
<Đoạn không găng>;
Until .F.;
End;
{ }
BEGIN
S := 1;
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.

d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e

w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
ParBegin
P(1);
P(2);
ParEnd;
END.
{ }
Ở đây chúng ta cần lưu ý rằng: Down và Up là các thủ tục của hệ điều hành,
nên hệ điều hành đã cài đặt cơ chế độc quyền cho nó, tức là các lệnh bên trong nó
không thể tách rời nhau. Nếu điều này không được thực hiện thì sơ đồ này trở nên

vô nghĩa. Hai thủ tục Down(S) và Up(S) mà chúng tôi đưa ra ở trên chỉ để minh
họa cho nguyên lý hoạt động của Down và Up.
Sử dụng semaphore (sự đánh tín hiệu bằng cờ) để điều độ tiến trình, mang lại
những thuận lợi sau:
 Mỗi tiến trình chỉ kiểm tra quyền vào đoạn găng một lần, khi chờ nó
không làm gì cả, tiến trình ra khỏi đoạn găng phải đánh thức nó.
 Không xuất hiện hiện tượng chờ đợi tích cực, nên khai thác tối đa thời
gian xử lý của processor.
 Nhờ cơ chế hàng đợi mà hệ điều hành có thể thực hiện gán độ ưu tiên
cho các tiến trình khi chúng ở trong hành đợi.
 Trị tuyệt đối của S cho biết số lượng các tiến trình đang đợi trên F(S).
Nên nhớ rằng, Down và Up là các thủ tục của hệ điều hành nên sơ đồ điều độ
sẽ bị thay đổi khi thay đổi hệ điều hành. Đây là một trở ngại của việc sử dụng
semaphore (sự đánh tín hiệu bằng cờ) để tổ chức điều độ tiến trình.
Các ví dụ sau đây thay cho sự giải thích về sơ đồ điều độ ở trên:
Ví dụ 1: Sự thực hiện của hai tiến trình P1 và P2 trong sơ đồ điều độ trên
P thực
hiện
Down/Up S Trạng thái của P1/P2

1

1. P1
Down(S) 0 P1 hoạt động
2. P2 Down(S) -1 P2 chờ
3. P1 Up(S) 0 P2 hoạt động
4. P1 Down(S) -1 P1 chờ
5. P2
Down(S) 0 P1 hoạt động
Ví dụ 2: Nếu trong hệ thống có 6 tiến trình hoạt động đồng thời, cùng sử

dụng tài nguyên găng, tài nguyên găng này chỉ cho phép một tiến trình truy xuất
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t

r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w

.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
đến nó tại một thời điểm. Tức là hệ điều hành phải tổ chức truy xuất độc quyền trên
tài nguyên găng này. Thứ tự yêu cầu sử dụng tài nguyên găng của các tiến trình,
cùng với thời gian mà tiến trình cần processor khi nó ở trong đoạn găng (cần tài
nguyên găng) và độ ưu tiên của các tiến trình, được mô tả như sau:


 Có 6 tiến trình yêu cầu sử dụng tài nguyên găng tương ứng với S lần
lượt là: A B C D E F
 Độ ưu tiên của các tiến trình là (5 là độ ưu tiên cao nhất):
1 1 2 4 2 5
 Thời gian các tiến trình cần sử dụng tài nguyên găng là:
4 2 2 2 1 1
Nếu dùng sơ đồ điều độ semaphore (sự đánh tín hiệu bằng cờ) ở trên để tổ
chức điều độ cho 6 tiến trình này thì ta có được bảng mô tả sự thực hiện của các
tiến trình A, B, C, D, E, F như sau:

T Down/

Up
Tiến
trình
thực hiện

S
Tiến trình

hoạt động
Các tiến trình
trong hàng
đợi
0 - -
1
- -
1 Down A 0 A -
2 Down B -1 A B
3 Down C -2 A C B
4 Down D -3 A D C B
5 Up A -2 D C B
6 Down E -3 D C E B
7 Up D -2 C E B
8 Down F -3 C F E B
9 Up C -2 F E B
10 Up F -1 E B
11 Up E 0 B -
12 Up B
1

- -
Bảng trên lưu ý với chúng ta hai điều. Thứ nhất, trị tuyệt đối của S cho biết
số lượng các tiến trình trong hành đợi F(S). Thứ hai, tiến trình chưa được vào đoạn
găng thì được đưa vào hàng đợi và tiến trình ra khỏi đoạn găng sẽ đánh thức tiến
trình có độ ưu tiên cao nhất trong hành đợi để đưa nó vào đoạn găng. Tiến trình
được đưa vào hàng đợi sau nhưng có độ ưu tiên cao hơn sẽ được đưa vào đoạn
găng trước các tiến trình được đưa vào hàng đợi trước nó.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.

d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e

w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
II.3.3.b. Giải pháp dùng Monitors
Giải pháp này được Hoar đề xuất năm 1974 sau đó vào năm 1975 được Brinch &
Hansnen đề xuất lại. Monitor là cấu trúc phần mềm đặc biệt được cung cấp bởi
ngôn ngữ lập trình, nó bao gồm các thủ tục, các biến và các cấu trúc dữ liệu được
định nghĩa bởi Monitor. Monitor được định nghĩa trong các ngôn ngữ lập trình như
pascal+, Modula–2, Modula-3. Monitor của Hoar có các tính chất sau đây:
1. Các biến và cấu trúc dữ liệu bên trong monitor chỉ có thể được thao tác
bởi các thủ tục được định nghĩa bên trong monitor đó.
2. Một tiến trình muốn vào monitor phải gọi một thủ tục của monitor đó.

3. Tại một thời điểm, chỉ có một tiến trình duy nhất được hoạt động bên
trong monitor. Các tiến trình khác đã gọi monitor phải hoãn lại để chờ
monitor rảnh.
Hai tính chất 1 và 2 tương tự như các tính chất của các đối tượng trong lập
trình hướng đối tượng. Như vậy một hệ điều hành hoặc một ngôn ngữ lập trình
hướng đối tượng có thể cài đặt monitor như là một đối tượng có các tính chất đặc
biệt.
Với tính chất thứ 3 monitor có khả năng thực hiện các cơ chế độc quyền, các
biến trong monitor có thể được truy xuất chỉ bởi một tiến trình tại một thời điểm.
Như vậy các cấu trúc dữ liệu dùng chung bởi các tiến trình có thể được bảo vệ bằng
cách đặt chúng bên trong monitor. Nếu dữ liệu bên trong monitor là tài nguyên
găng thì monitor cung cấp sự độc quyền trong việc truy xuất đến tài nguyên găng
đó.
Monitor cung cấp các công cụ đồng bộ hoá để người lập trình sử dụng trong
các sơ đồ điều độ. Công cụ đồng bộ hoá được định nghĩa để sử dụng trong các sơ
đồ điều độ như sau: Trong một monitor, có thể định nghĩa các biến điều kiện và hai
thao tác kèm theo là Wait và Signal, chỉ có wait và signal được tác động đến các
biến điều kiện.
 Giả sử C là biến điều kiện được định nghĩa trong monitor.
 Wait(c): khi một tiến trình gọi wait, thì wait sẽ chuyển tiến trình gọi
sang trạng thái blocked, và đặt tiến trình này vào hàng đợi trên biến điều kiện
c. Wait được cài đặt như sau:
Procedure Wait(c);
Begin
Status(p) = blocked;
Enter(p,f(c));
End;
 Signal(c): khi một tiến trình gọi signal, thì signal sẽ kiểm tra trong hàng
Click to buy NOW!
P

D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c

k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o

c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
đợi của c có tiến trình nào hay không, nếu có thì tái kích hoạt tiến trình đó,
và tiến trình gọi signal sẽ rời khỏi monitor. Signal được cài đặt như sau:
Procedure Signal(c);
Begin
If f(c) <> Null Then
Begin
Exit(Q,f(c)); {Q là tiến trình chờ trên C}
Status(Q) = ready;
Enter(Q,ready-lits);
end;
End,
Trình biên dịch chịu trách nhiệm thực hiện việc truy xuất độc quyền đến dữ
liệu trong monitor. Để thực hiện điều này, hệ điều hành dùng một semaphore (sự
đánh tín hiệu bằng cờ) nhị phân. Mỗi monitor có một hàng đợi toàn cục lưu các tiến
trình đang chờ được vào monitor, ngoài ra mỗi biến điều kiện c cũng gắn với một
hàng đợi F(c).
Với mỗi nhóm tài nguyên găng, có thể định nghĩa một monitor trong đó đặc
tả tất cả các thao tác trên tài nguyên này với một số điều kiện nào đó. Sau đây là

cấu trúc một Monitor. Sau đây là cấu trúc của monitor:
Monitor <Tên monitor>
Condition <Danh sách các biến điều kiện>;
{ }
Procdure Action
1
(); {thao tác i}
Begin

End;
{ }
Procedure Action
n
(); {thao tác n}
Begin

End;
{ }
End monitor;
Mỗi tiến trình muốn sử dụng tài nguyên găng chỉ có thể thao tác thông qua
các thủ tục bên trong monitor.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a

n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P

D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c

k
.
c
o
m