0.6 Đồng bộ hóa quá trình  (Page 14/15)

Để đảm bảo rằng các quá trình chú ý đến thứ tự hợp lý, chúng ta phải xem xét kỹ tất cả chương trình thực hiện việc dùng monitor ResourceAllocation và những tài nguyên được quản lý của chúng. Có hai điều kiện mà chúng ta phải kiểm tra để thiết lập tính đúng đắn của hệ thống. Đầu tiên, các quá trình người dùng phải luôn luôn thực hiện các lời gọi của chúng trên monitor trong thứ tự đúng. Thứ hai, chúng ta phải đảm bảo rằng một quá trình không hợp tác không đơn giản bỏ qua cổng (gateway) loại trừ hỗ tương được cung cấp bởi monitor và cố gắng truy xuất trực tiếp tài nguyên được chia sẻ mà không sử dụng giao thức truy xuất. Chỉ nếu hai điều kiện này có thể được đảm bảo có thể chúng ta đảm bảo rằng không có lỗi ràng buộc thời gian nào xảy ra và giải thuật định thời sẽ không bị thất bại.

Mặc dù việc xem xét này có thể cho hệ thống nhỏ, tĩnh nhưng nó không phù hợp cho một hệ thống lớn hay động. Vấn đề kiểm soát truy xuất có thể được giải quyết chỉ bởi một cơ chế bổ sung khác.

Các bài toán đồng bộ hoá nguyên thuỷ

Trong phần này, chúng ta trình bày một số bài toán đồng bộ hoá như những thí dụ về sự phân cấp lớn các vấn đề điều khiển đồng hành. Các vấn đề này được dùng cho việc kiểm tra mọi cơ chế đồng bộ hoá được đề nghị gần đây. Semaphore được dùng cho việc đồng bộ hoá trong các giải pháp dưới đây.

Bài toán người sản xuất-người tiêu thụ

Bài toán người sản xuất-người tiêu thụ (Producer-Consumer) thường được dùng để hiển thị sức mạnh của các hàm cơ sở đồng bộ hoá. Hai quá trình cùng chia sẻ một vùng đệm có kích thước giới hạn n. Biến semaphore mutex cung cấp sự loại trừ hỗ tương để truy xuất vùng đệm và được khởi tạo với giá trị 1. Các biến semaphore empty và full đếm số khe trống và đầy tương ứng. Biến semaphore empty được khởi tạo tới giá trị n; biến semaphore full được khởi tạo tới giá trị 0.

Mã cho người quá trình sản xuất được hiển thị trong hình V.-18:

do{…sản xuất sản phẩm trong nextp…wait(empty);wait(mutex);…thêm nextp tới vùng đệm…signal(mutex);signal(full);} while (1);

Hình V‑18 Cấu trúc của quá trình người sản xuất

Mã cho quá trình người tiêu thụ được hiển thị trong hình dưới đây:

do{wait(full);wait(mutex);…lấy một sản phẩm từ vùng đệm tới nextc…signal(mutex);signal(empty);} while (1);

Hình V‑19 Cấu trúc của quá trình người tiêu thụ

Bài toán bộ đọc-bộ ghi

Bộ đọc-bộ ghi (Readers-Writers) là một đối tượng dữ liệu (như một tập tin hay mẫu tin) được chia sẻ giữa nhiều quá trình đồng hành. Một số trong các quá trình có thể chỉ cần đọc nội dung của đối tượng được chia sẻ, ngược lại một vài quá trình khác cần cập nhật (nghĩa là đọc và ghi ) trên đối tượng được chia sẻ. Chúng ta phân biệt sự khác nhau giữa hai loại quá trình này bằng cách gọi các quá trình chỉ đọc là bộ đọc và các quá trình cần cập nhật là bộ ghi. Chú ý, nếu hai bộ đọc truy xuất đối tượng được chia sẻ cùng một lúc sẽ không có ảnh hưởng gì. Tuy nhiên, nếu một bộ ghi và vài quá trình khác (có thể là bộ đọc hay bộ ghi) truy xuất cùng một lúc có thể dẫn đến sự hỗn độn.

Để đảm bảo những khó khăn này không phát sinh, chúng ta yêu cầu các bộ ghi có truy xuất loại trừ lẫn nhau tới đối tượng chia sẻ. Việc đồng bộ hoá này được gọi là bài toán bộ đọc-bộ ghi. Bài toán bộ đọc-bộ ghi có một số biến dạng liên quan đến độ ưu tiên. Dạng đơn giản nhất là bài toán bộ đọc trước-bộ ghi (first reader-writer). Trong dạng này yêu cầu không có bộ đọc nào phải chờ ngoại trừ có một bộ ghi đã được cấp quyền sử dụng đối tượng chia sẻ. Nói cách khác, không có bộ đọc nào phải chờ các bộ đọc khác để hoàn thành đơn giản vì một bộ ghi đang chờ. Bài toán bộ đọc sau-bộ ghi (second readers-writers) yêu cầu một khi bộ ghi đang sẳn sàng, bộ ghi đó thực hiện việc ghi của nó sớm nhất có thể. Nói một cách khác, nếu bộ ghi đang chờ truy xuất đối tượng, không có bộ đọc nào có thể bắt đầu việc đọc.