Cours 3: Synchronisation entre processus : suite de l`étude des

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Cours 3: Synchronisation entre
processus : suite de l’étude des
outils
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Batterie d
’
algorithmes et outils de
synchronisation : 2 catégories
(Masquer les interruptions -> plus de concurrence -> plus de
pbms !)
Attente active : quelque chose qui représente la
condition, plus un algorithme qui met en place le test
et l’attente (semi-)active (« spinlock », « verrou tournant »)
Des variables partagées (« solution purement logicielle ») pour
exprimer la condition
Solutions impliquant le matériel :
instruction assembleur: Test-and-set
Instruction assembleur: swap
Attente passive (plus haut niveau d’abstraction) :
Sémaphore (IPC Unix semop, Java 1.5+ )
Moniteur avec variable(s) conditionnelle(s) (Concurrent
Pascal, Java)
Verrou conditionnel cad mutex+var. condition (POSIX pthread,
Java 1.5+ )

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Outil
de
synchronisation
S
é
maphore
(Dyjsktra 1965)
Structure de données et des méthodes
Entier
File d’attente de processus/threads
Opérations pour
Initialiser l’entier : nombre de jetons
Prendre un “jeton”, ou s’endormir si pas de disponible : P(sem)
Réveiller un processus qui attend le jeton, en le lui passant,
sinon, le deposer : V(sem)
Outil général, comme moniteur, pour
le problème de l’exclusion mutuelle : 1 jeton initial
Exclusion mutuelle sur N exemplaires équivalents d’une même
ressource : N jetons
N’importe quelle forme de synchronisation conditionnelle : en
jouant sur la valeur du jeton et sur les appels P ou V
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D
é
tail
des
op
é
rations
sur
s
é
maphore
: une variante possible
structure de données :
Val : entier
File : file de (contexte de)
processus ou threads
Op
Opé ération V( ration V(s:semaphore s:semaphore) )
Si (
Si (s.File non vide) s.File non vide)
Alors
Alors <retirer de s.File le contexte d <retirer de s.File le contexte d’ ’un processus> un processus>
<mettre ce processus dans l
<mettre ce processus dans l’é ’état prêt> tat prêt>
Sinon
Sinon s.Val := s.Val + 1; s.Val := s.Val + 1;
FinSi
FinSi
Op
Opé ération P( ration P(s:semaphore s:semaphore) )
Si (
Si (s.Val <=0) s.Val <=0)
Alors
Alors <ranger le contexte du processus dans s.File> <ranger le contexte du processus dans s.File>
<mettre le processus dans l
<mettre le processus dans l’é ’état bloqu tat bloqué é> >
Sinon
Sinon s.Val := s.Val s.Val := s.Val – –1; 1;
FinSi
FinSi
Op
Opé ération ration Init Init( (s:semaphore s:semaphore, , int int init init) )
s.Val
s.Val = init ; = init ;
creer
creer s.File s.File, vide , vide

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Exclusion mutuelle avec sémaphore
Simple !
Semaphore
Semaphore sem_mutex sem_mutex commun commun à àtous tous
…
…
Init(sem_mutex
Init(sem_mutex, , 1 1) )
…
…
P(
P(sem_mutex sem_mutex); );
<section critique>
<section critique>
V(
V(sem_mutex sem_mutex); );
…
…
P1
P1 P2 P2
…
…
P(
P(sem_mutex sem_mutex); );
<section critique>
<section critique>
V(
V(sem_mutex sem_mutex); );
…
…
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Partage d
’
un pool de N exemplaires
équivalents d’une même ressource
Ex: un exemplaire = une case d’un tampon
N exemplaires = le tampon dispose de N cases
Semaphore
Semaphore sem_exemplaires sem_exemplaires commun commun à àtous tous
…
…
Init(sem_exemplaires
Init(sem_exemplaires, , N N) )
…
…
P(
P(sem_exemplaires sem_exemplaires); );
<section critique
<section critique
utilisant un des N
utilisant un des N
exemplaires
exemplaires
disponible>
disponible>
V(
V(sem_exemplaires sem_exemplaires); );
…
…
P1
P1 P2
P2
…
…
P(
P(sem_exemplaires sem_exemplaires); );
<section critique
<section critique
utilisant un des N
utilisant un des N
exemplaires
exemplaires
disponible>
disponible>
V(
V(sem_exemplaires sem_exemplaires); );
…
…

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Exemple
de
synchronisation
conditionnelle avec sémaphore
…
…
…
…
/*
/* Jusque l Jusque là à, peu importe la valeur , peu importe la valeur
de A */
de A */
Ecrire(A,
Ecrire(A,
valeur
valeur
)
)
/*
/* Maintenant, la valeur de A est Maintenant, la valeur de A est
significative */
significative */
V(
V(A_est_remplie A_est_remplie) )
…
…
var. commune :
var. commune :
A
A
(fichier, variable,
(fichier, variable, … …qui doit exister et contenir des qui doit exister et contenir des donnees donnees, ou avoir une valeur) , ou avoir une valeur)
A_est_remplie
A_est_remplie : s : sé émaphore INIT maphore INIT 0 0
…
…
/* Avant d
/* Avant d’ ’utiliser A, il faut utiliser A, il faut
qu
qu’ ’elle ait une valeur elle ait une valeur
significative */
significative */
P(
P(A_est_remplie A_est_remplie) )
Lire(A)
Lire(A)
…
…
P
P Q
Q
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Implanter
l
’
outil
s
é
maphore
avec
l’outil moniteur (Java)
Bon exercice pour bien saisir les différences et les
subtilités d’implémentation
class Semap {
int Val;
public synchronized void Init(int v) {
Val=v;
}
public synchronized void P() {
if ou while 1
11
1
1
11
1(Val = 0) {
wait();
}
2
22
2
2
22
2Val = Val – 1;
}
public synchronized void V() {
Val = Val + 1;
notify(); // ou notifyAll();
}
}
Entrelacer des P ?
Test et modif. de Val:
dans une SC ? OUI
1
11
1
1
11
1et si test False, et si test False, 2
22
2
2
22
2
Entrelacer des P et V ?
Test de val et
manipulation de la
file: dans une SC ? OUI
1
11
1
1
11
1

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Bilan
des
mises
en oeuvre
d
’
outils
de synchronisation
Pour implanter les outils de synchronisation avec
attente (forcément!), on a besoin d’autres outils pour
gérer de l’exclusion mutuelle
atomicité d’une séquence d’instructions, aussi (de)bloquer un
processus
en pratique, ce sont des solutions de plus bas niveau
d’abstraction. Exemples :
Masquer les interruptions durant l’exécution de P
ou utiliser l’algo avec TAS, basé sur attente active pour
implanter la primitive P
Bloquer un processus, ranger son contexte, le rendre éligible à
partir de son contexte, dans l’implantation d’un P ou V
Ou utiliser des sémaphores ou des verrous (sémaphore ultra
simplifié) pour implanter un moniteur
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Principe
mise
en oeuvre
moniteur
en
Java
Tout objet et toute classe possèdent un verrou
transparent pour le programmeur (intrinsic lock)
Gestion FIFO / non FIFO dépend du JDK
C’est quoi un verrou ?
simplement un outil de synchro bloquant sur une condition
“libre” ou “occupé”
Qui peut s’implanter avec attente active ou passive
Méthodes synchronisées :
Méthode d’instance :
currentObject.lock()
<méthode>
currentObject.unlock()
Méthode de classe (static):
currentClass.lock()
<méthode>
currentClass.unlock()