Bài tiểu luận về Semaphore

Tìm hiểu về Semaphore, Tìm hiểu về Semaphore Tìm hiểu về Semaphore Tìm hiểu về Semaphore Tìm hiểu về Semaphore Tìm hiểu về Semaphore Tìm hiểu về Semaphore Tìm hiểu về Semaphore Tìm hiểu về Semaphore Tìm hiểu về Semaphore

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI TẬP LỚN / ĐỒ ÁN CUỐI KÌ MÔN

NHẬP MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH

SEMAPHORE

Người hướng dẫn: TS MAI NGỌC THẮNG Người thực hiện: THÁI TRUNG TÍN - 51503315

NGUYỄN THỊ DIỆP- 51503312

Lớp : 15050301-15050302

Khóa : 19

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2016

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI TẬP LỚN / ĐỒ ÁN CUỐI KÌ MÔN

NHẬP MÔN HỆ ĐIỀU HÀNH

SEMAPHORE

Người hướng dẫn: TS MAI NGỌC THẮNG Người thực hiện: THÁI TRUNG TÍN - 51503315

NGUYỄN THỊ DIỆP - 51503312

Lớp : 15050301-15050302

Khóa : 19

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2016

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình nghiên cứu về đề tài Ảo hóa

- CLoud, em đã gặp rất nhiều khó khăn từ cách tiếp cận và trình bày ý tưởng nhưng nhờ có TS Mai Ngọc Thắng - Khoa Công nghệ thông tin - Trường đại học Tôn Đức Thắng - đã tận tình hướng dẫn đã giúp em nhìn nhận vấn đề cụ thể, tiếp cận

đề tài dễ dàng.

Em xin chân thành cảm ơn thầy vì những lời chỉ bảo vô cùng quý báu của thầy đã giúp em có những thu hoạch quý giá để hoàn thành quá trình nghiên cứu này.

Bài thu hoạch này được thực hiện trong khoảng thời gian gần

3 tuần Bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực sáng tạo trong nghiên cứu khoa học, kiến thức của em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót

là điều chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học cùng lớp để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn.

TP.Hồ Chí Minh,ngày 22 tháng 11 năm 2016

Thái Trung Tín Nguyễn Thị Diệp

ĐỒ ÁN ĐƯỢC HOÀN THÀNH

TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

Tôi xin cam đoan đây là sản phẩm đồ án của riêng tôi và được sự hướng dẫn của TS Mai Ngọc Thắng Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau

có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.

Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc.

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình Trường đại học Tôn Đức Thắng không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có).

TP.Hồ Chí Minh,ngày 22 tháng 11 năm 2016

Tác giả Thái Trung Tín Nguyễn Thị Diệp

PHẦN XÁC NHẬN, ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN

Phần xác nhận của giáo viên hướng dẫn

TP.Hồ Chí Minh,ngày 22 tháng 11 năm 2016

Thái Trung Tín Nguyễn Thị Diệp Phần đánh giá của giáo viên chấm bài

TP.Hồ Chí Minh,ngày 22 tháng 11 năm 2016

Thái Trung Tín Nguyễn Thị Diệp

TÓM TẮT Semaphore là giải pháp để giải quyết sự xung đột trong đa tiến trình Bài tiểu luận này đi tìm hiểu

về những đặc điểm cơ bản của semaphore và cách hoạt động của semaphore trong một hệ thống đa tiến trình

Mục lục

1 Giải thuật Semaphore 11

1.1 Semaphore 11

1.1.1 Định nghĩa 11

1.2 Đồng bộ hóa tiến trình 12

1.2.1 Semaphore 12

1.2.2 Sử dụng Semaphore 13

1.2.3 Hiện thực Semaphore 14

7

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC 9

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH

VẼ, ĐỒ THỊ

Chương 1

Giải thuật Semaphore

1.1 Semaphore

1.1.1 Định nghĩa

Semaphore là một biến được bảo vệ (hay là một kiểu dữ liệu trừu tượng), tạo thành một phương pháp

để hạn chế truy nhập tới tài nguyên dùng chung trong môi trường đa lập trình (multiprogramming) Đây là một phát minh của Edsger Dijkstra và được sử dụng lần đâu tiên trong hệ điều hành Linux

Semaphore là lời giải kinh điển cho bài toán bữa tối của các triết gia (dining philosophers), mặc dù nó không ngăn được hết các deadlock

Semaphores còn được sử dụng phổ biến trong các ngôn ngữ lập trình - những ngôn ngữ mà về bản chất không hỗ trợ những dạng khác của sự đồng bộ hóa Chúng cũng được sử dụng trong các kĩ thuật đồng bộ ban đầu như trong các hệ điều hành Xu hướng trong

sự phát triển của ngôn ngữ lập trình, dường như là hướng vào các dạng cấu trúc đồng bộ hóa, giống như đồng bộ hóa các kênh Cộng thêm sự không đầy đủ trong cách phân chia với deadlock, semaphore không bảo vệ người lập trình khỏi các lỗi đơn giản trong việc

11

Hình 1.1: Bữa ăn triết gia

lấy một semaphore - cái mà luôn luôn được thay đổi bởi các tiến trình đồng thời, và cũng quên giải phóng semaphore sau khi lấy ra

Bên cạnh semaphore đến, ta còn có "semaphore chặn" (blocking semaphore) Đó là loại semaphore được khởi tạo tại giá trị 0 Điều này có hiệu quả là bất cứ luồng nào gọi P(S) sẽ bị chặn cho đến khi một luồng khác chạy V(S) Loại cấu trúc này rất hữu dụng khi cần điều khiển thứ tự thực thi giữa các luồng

Loại semaphore đơn giản nhất là "semaphore nhị phân", được dùng để điều khiển truy nhập tới một tài nguyên duy nhất, loại này về bản chất không khác mutex Semaphore nhị phân thường được khởi tạo tại giá trị 1 Khi tài nguyên đang được sử dụng, luồng truy nhập gọi P(S) để giảm giá trị của nó về 0, và khôi phục giá trị 1 bằng toán tử V khi tài nguyên sẵn sàng được được thả ra

1.2 ĐỒNG BỘ HÓA TIẾN TRÌNH 13

1.2 Đồng bộ hóa tiến trình

1.2.1 Semaphore

Giải pháp giải quyết vấn đề cho vùng tranh chấp bắng phần cứng thường rất khó tổng quát hóa cho các trường hợp phức tạp Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu một công cụ khá mạnh để giải quyết vấn đề vùng tranh chấp đó là semaphore

Semaphore là công cụ đồng bộ cung cấp bởi hệ điều hành mà không đòi hỏi trạng thái đợi Semaphore

S là một biến nguyên được truy nhập qua hai thao tác đơn wait và signal

Mã giả cho wait và signal được địng nghĩa như sau:

Wait(s)

While (s<=0);

s - -;

Thao tác wait dùng để kiểm tra xem biến s có không âm hay không nếu có bị blocked( làm while).Nếu không thì làm và giảm s đi 1

Signal(s)

s++;

Thao tác signal dùng để tăng biến s lên 1,nhằm

để cho phép thoát wait

Việc hiệu chỉnh giá trị của biến semaphore trong wait và signal phải được thực thi riêng biệt nghĩa là khi một tiến trinhg nào hiệu chỉnh giá trị của semaphore

s thì không có tiến trình nào đồng thời hiệu chỉnh gái trị này

Hình 1.2: Wait và Signal

1.2.2 Sử dụng Semaphore

Chúng ta có thể sử dụng semaphore để giải quyết vấn đề vùng tranh chấp cho n tiến trình N tiến trình chia sẻ 1 biến semaphore.Mutex (thay thế cho multual exclusion) được khởi tạo ban đầu là 1 Tổ chức của 1 tiến trình P(i)có thể được mô tả như sau:

Do

{

Wait(multex);

Critical section;

Signal(multex);

Remainder section;

}while(1);

Ví dụ sau đấy sử dụng semaphore để giải quyết vấn đề đồng thời cho 2 tiến trình P1 và P2 P1 và P2 chạy đồng thời, P1 thực hiện thực thi lệnh S1, P2 thực thi lệnh S2,giả sử S2 được thực thi sau S1.Chúng ta giải quyết vấn đề trên bằng cách cho P1 và P2 chia sẻ

1 biến semaphore S được khởi tạo ban đầu là 0

1.2 ĐỒNG BỘ HÓA TIẾN TRÌNH 15

Chèn dòng lệnh sau:

S1;

Signal(s);

Vào trong tiến trình P1 và chèn dòng lệnh:

Wait(s);

S2;

Bởi vì giá trị ban đầu của s là 0 nên P2 chỉ thực thi khi P1 thực thi xong lệnh signal(s) để tăng giá trị

s lên 1, khi đó lệnh wait trong P2 được thực thi xong

và S2 sẽ được thi hành nhưng sau S1

1.2.3 Hiện thực Semaphore

Bất lợi chính trong giải quyết vấn đề vùng tranh chấp là các tiến trình sẽ rơi vào trạng thái đợi (lặp liên tục) khi tài nguyên mà nó yêu cầu đang được cấp phát cho tiến trình khác.Việc lặp lại liên tục của tiến trình sẽ gây nên vấn đề lãng phí hiệu suất CPU

Để giải quyết vấn đề ,ta có thể hiệu chỉnh định nghĩa của thao tác wait và signal của semaphore.Khi

1 tiến trình thực thi thao tác wait và nhận thấy giá trị semaphore nhỏ hơn 0,nó phải đợi.Tuy nhiên,hơn

là đợi tiến trình tự blocked nó Thao tác blocked đặt tiến trình vào hang đợi kết nối với semaphore và trạng thái của tiên strinhf sẽ được chuyển sang trạng thái đợi.Sau đó điều khiển sẽ được chuyển đến bộ định thời CPU để lựa chọn 1 tiến trình khác để thực thi

Tiến trình bị blocked ,đợi semaphore S nên được khởi động lại khi mà các tiến trình khác thực thi thao tác signal.Tiến trình được khởi đọng lại bằng thao tác wakeup,thao tác này thay đổi tiến trình từ trạng thái

ssowij sang trạng thái sẵn sang Sau đó được đặt vào trong hang đợi sẵn sàng

Semaphore được định nghĩa như sau:

Typedef struct

{

Int value;//khởi tạo bằng 1

Struct process *L;

}semaphore;

Mỗi semaphore có 1 giá trị integer và một danh sách liệt kê các tiến trình (hay gọi là hàng đợi).Khi 1 tiến trình phải chờ trên semaphore nó bọ Blocked và được thêm vào hàng đợi semaphore

Thao tác wait của semaphore:

Void wait(semaphore S)

{

S.value–;

If(S.value<0){

Add this process to S.L;

Block();//block tiến trình này

}

}

Thao tác signal:

Void signal (semaphore S)

{

S.value++;

If(S.value<=0){

Remove a process P from S.L;

Wakeup(P); //đặt tien trinh P vào ready list }

1.2 ĐỒNG BỘ HÓA TIẾN TRÌNH 17

}

Chương 2

Tài liệu tham khảo

Nguyễn Thanh Hiên, Nguyễn Hồng Vũ, Phạm Nguyễn Huy Phương , 2014, Hệ Điều Hành , Hà Nội

19