Přednáška 3. Synchronizace procesů/vláken. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012
|
|
- Vilém Kovář
- před 7 lety
- Počet zobrazení:
Transkript
1 Přednáška 3 Synchronizace procesů/vláken. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012 Příprava studijního programu Informatika je podporována projektem financovaným z Evropského sociálního fondu a rozpočtu hlavního města Prahy. Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti 1
2 Paralelní výpočet problémy Bez použití synchronizace Časově závislé chyby (race conditions) = situace kdy více procesů/vláken přistupuje (read/write) ke sdílenému objektu a výsledek je závislý na přepínání kontextu. Při použití synchronizace Uváznutí (deadlock) = situace, kdy několik procesů/vláken čekají na událost, kterou může vyvolat pouze jeden z čekajících procesů/vláken. Livelock = situace, kdy několik procesů/vláken vykonává neužitečnou práci (mění svůj stav), ale nemohou postoupit k vykonávaní užitečné práce. Hladovění (starvation) = situace, kdy ready proces/vlákno je předbíháno a nedostane se k prostředkům. 2
3 Synchronizační nástroje Hardware Disabling Interrupts (DI) Test and Set Lock instruction (TSL) Exchange instruction (XCHNG) Kernel space Linux: atomic operation, spin locks, reader-writer locks, Solaris: spin locks, adaptive locks, reader-writer locks,... MS Windows: executive dispatcher objects, slim reader-write locks,... User space POSIX Thread: mutexes, condition variables, semaphores, Unix: pipes, signals, System V semaphores, message queues, MS Windows: mutexes, reader-writer locks, semaphores, events,... 3
4 Aktivní čekání x blokování Pouze jeden proces může vstoupit do kritické sekce. Ostatní procesy musí počkat dokud se kritická sekce neuvolní. Aktivní čekání (busy waiting, spinning) sdílená proměnná indikuje obsazenost kritické sekce proces ve smyčce testuje aktuální hodnotu proměnné do okamžiku než se sekce uvolní Blokování proces provede systémové volání, které ho zablokuje do okamžiku než se sekce uvolní 4
5 Zákaz přerušení (DI) CPU je přidělováno postupně jednotlivým procesům za pomoci přerušení od časovače nebo jiného přerušení. Proces zakáže všechna přerušení před vstupem do kritické sekce a opět je povolí až po opuštění kritické sekce. Např. instrukce cli/sti pro Intel. Nevýhoda: DI od jednoho uživatele blokuje i ostatní uživatele. Ve víceprocesorovém systému, DI má efekt pouze na aktuálním CPU. Zpomalí reakce na přerušení. Problém se špatně napsanými programy (zablokují CPU). Užitečná technika uvnitř jádra a na jednoprocesorovém systému (ale pouze na krátký čas). Není vhodná pro běžné uživatelské procesy!!! 5
6 Lock proměnná Vzájemné vyloučení pomocí (sdílené) lock proměnné, kterou proces nastaví když vstupuje do kritické sekce. int lock=0;... while (lock == 1); /* busy waiting is doing */ lock=1; critical_section(); lock=0;... Je to správné řešení? 6
7 Striktní střídání /* Thread T0 */... while (TRUE) { while (turn!= 0); /* wait */ critical_section(); turn=1; noncritical_section(); /* Thread T1 */... while (TRUE) { while (turn!= 1); /* wait */ critical_section(); turn=0; noncritical_section(); Nevýhody Jedeno vlákno může zpomalit ostatní vlákna. Vlákno nemůže vstoupit do kritické sekce opakovaně (je porušen 3.bod z nutných podmínek... ). 7
8 Petersonův algoritmus T. Dekker (1968) navrhl algoritmus, který nevyžadoval striktní střídání. G. L. Peterson (1981) popsal jednodušší verzi tohoto algoritmu. L. Hoffman (1990) zobecnil řešení pro n procesů. 8
9 #define FALSE 0 #define TRUE 1 #define N 2 /* number of processes */ int turn; /* whose turn is it? */ int interested[n]; /* all values initially FALSE */ void enter_section (int process) /* process is 0 or 1 */ { int other; /* number of other processes */ other = 1 - process; /* the opposite of process */ interested[process] = TRUE; /* show that you are interested */ turn = process; /* set flag */ while (turn == process && interested[other]); /* busy waiting */ void leave_section (int process) /* process: who is leaving */ { interested[process] = FALSE; /* indicate departure from CS */ Petersonův algoritmus 9
10 Instrukce TSL Test and Set Lock (TSL) instrukce načte obsah slova z dané adresy v paměti do registru a nastaví obsah slova na nenulovou hodnotu. CPU provádějící TSL instrukci zamkne paměťovou sběrnici, aby znemožnilo ostatním CPU v přístupu do sdílené paměti dokud se instrukce TSL nedokončí. TSL je atomická instrukce => korektní hardwarové řešení. Výhody TSL může být použita při synchronizaci v multiprocesorových systémech se sdílenou pamětí. 10
11 Instrukce TSL enter_region: TSL REGISTER,LOCK I copy lock to register and set lock to 1 CMP REGISTER,#0 was lock zero? JNE enter_region I if it was nonzero, lock was set, so loop RET I return to caller; critical region entered leave_region: MOVE LOCK,#0 RET I store a 0 in lock I return to caller Source: A. Tanenbaum, Modern Operating Systems 11
12 Instrukce XCHG Alternativa k TSL instrukci Exchange instrukce (XCHG) atomicky prohodí obsah slova na dané adrese v paměti a registru. enter_region: MOVE REGISTER,#1 XCHG REGISTER, LOCK CMP REGISTER,#0 JNE enter_region RET I put a 1 in the register I swap the contents of the register and lock variable I was lock zero? I if it was non zero, lock was set, so loop return to caller; critical region entered leave_region: MOVE LOCK,#0 RET I store a 0 in lock I return to caller Source: A. Tanenbaum, Modern Operating Systems 12
13 Příklady reálných instrukcí Intel procesory xchg (exchanges contents) cmpxchgl (compare-exchange long) Sparc procesory ldstup (load-store unsigned byte) cas (compare-and-swap) 13
14 Vlastnosti aktivního čekání Pokud se dlouho čeká na vstup do kritické sekce, pak dochází k plýtvání časem procesoru. Pokud OS používá prioritní plánování, potom může vzniknout inverzní prioritní problém proces A má nižší prioritu a nachází se v kritické sekci proces B má vyšší prioritu a čeká pomocí aktivního čekání na vstup do kritické sekce pokud přiřazená priorita je fixní dojde k uváznutí 14
15 Vzájemné vyloučení pomocí bokování Lepší způsob než zákaz přerušení nebo aktivní čekání. Procesy, které nemohou vstoupit do kritické sekce jsou zablokovány (jejich stav se změnil na blocked a jsou umístěny do čekací fronty). Blokující a deblokující operace jsou obvykle implementovány jako služby jádra OS. 15
16 sleep() a wakeup() sleep() Systémové volání, které zablokuje proces, který ho zavolal. Zakáže alokování CPU pro tento proces a přesune ho do fronty kde bude čekat. wakeup(proces) Opačná operace, proces je uvolněn z fronty čekajících procesů a bude mu opět přidělováno CPU. Příklady MUTEX (MUTual EXclusion lock) pthread_mutex_lock(), pthread_mutex_trylock(), pthread_mutex_unlock() Podmíněné proměnné pthread_cond_wait(), pthread_cond_signal(), pthread_cond_broadcast() 16
17 IPC Problém: Producent - konzument Jeden z klasických synchronizačních problémů, který demonstruje problémy paralelního programování. Producent produkuje data a vkládá je do sdílené paměti. Konzument vybírá data ze sdílené paměti. 17
18 Řešení pomocí sleep()/wakeup() define N 100 /* number of slots in the buffer */ int count = 0; /* number of items in buffer */ void producer(void) { int item; while(true) { item = produce_item(); if (count == N) sleep(); /* if buffer is full, go to sleep */ insert_item(item); count = count + 1; if (count == 1) wakeup(consumer); /* was buffer empty? */ void consumer(void) { int item; while (TRUE) { if (count == 0) sleep(); /* if buffer is empty, go to sleep */ remove_item(&item) count = count 1; if (count == N - 1) wakeup(producer); /* was buffer full? */ consume_item(&item); 18
19 Řešení pomocí sleep()/wakeup() Abychom se vyhnuli časově závislým chybám, musí být zaručeno, že nedojde k přepnutí kontextu po otestovaní proměnné count. Tato podmínka není v tomto řešení garantována. Problém Operace wakeup() je zavolána na proces, který není ještě uspán. Co se stane? Řešení Wakeup waiting bit. Když je wakeup() zavolána na proces, který ještě nespí, tento bit je nastaven. Při pokusu uspat proces, který má nastaven tento bit, proces se neuspí, ale pouze se resetuje daný bit. 19
20 Semafory Datový typ semafor obsahuje čítač a frontu čekajících procesů. Nabízí tři základní operace: Init(): Čítač se nastaví na zadané číslo (většinou 1) a fronta se vyprázdní. Down(): Pokud je čítač větší než nula, potom se sníží o jedničku. V opačném případě se volající proces zablokuje a uloží do fronty. Up(): Pokud nějaké procesy čekají ve frontě, potom se jeden z nich probudí. V opačném případě se čítač zvětší o jedničku. Každá z těchto instrukcí je prováděna atomicky (tzn. že během jejího provádění nemůže být přerušena). 20
21 Semafory Počáteční hodnota čítače semaforu určuje kolik procesů může sdílet nějaký prostředek současně. Z počáteční a aktuální hodnoty lze potom určit, kolik procesů je v daném okamžiku v kritické sekci. Binární semafor Je často nazýván mutex (mutual exclusion). Čítač semaforu je na začátku nastaven na jedničku. Umožňuje jednoduše synchronizovat přístup do kritické sekce. Příklady POSIX: sem_wait(), sem_trywait(), sem_post() UNIX System V: semget(), semctrl(), semop() 21
22 Kritická sekce hlídaná semaforem typedef int semaphore; semaphore mutex = 1; /* control access to critical section(cs)*/ void process_a(void) { while (TRUE) {... down(&mutex); /* enter CS */ critical_section_of_a; up(&mutex); /* leave CS */... void process_b(void) { while (TRUE) {... down(&mutex); /* enter CS */ critical_section_of_b; up(&mutex); /* leave CS */... 22
23 Producent-konzument pomocí semaforů #define N 100 /* number slots in buffer */ semaphore mutex = 1; /* guards critical section (CS)*/ semaphore empty = N; /* counts empty slots*/ semaphore full = 0; /* counts full slots*/ void producer(void) { itemtype item; while (TRUE) { produce_item(&item); down(&empty); down(&mutex); /* enter CS*/ enter_item(item); up(&mutex); /* leave CS*/ up(&full); void consumer(void) { itemtype item; while (TRUE) { down(&full); down(&mutex); /* enter CS */ remove_item(&item); up(&mutex); /* leave CS */ up(&empty); consume_item(item); 23
24 Monitory Problém se semafory Pokud například zapomenete použít operaci up() na konci kritické sekce, potom procesy čekající ve frontě budou čekat navždy (uváznutí). Řešení Vyšší úroveň synchronizace se nazývá monitory. Monitor je konstrukce vyšších programovacích jazyků, která nabízí stejné možnosti jako semafor. Pouze jeden proces může být prováděn uvnitř monitoru v jednom okamžiku. Monitory byly implementovány například v Concurrent Pascal, Pascal-Plus, Modula-2, Modula-3, Java,.NET, 24
25 Monitory Monitor Množina procedur, proměnných a datových struktur, které jsou seskupeny dohromady ve speciálním modulu/objektu. Pouze jeden proces může být aktivní v daném monitoru v jednom okamžiku. Překladač (nikoliv programátor) se stará o vzájemné vyloučení uvnitř monitoru. Podmíněné proměnné Předdefinovaný datový typ, který umožní pozastavit a opět spustit běžící proces. Operace Wait(c): Pozastaví volající proces na podmíněné proměnné c. Signal(c): Spustí některý z pozastavených procesů na podmíněné proměnné c. 25
26 Producent-konzument pomocí monitoru monitor Buffer begin_monitor var Buff : array[0..max] of ItemType; count: integer; Full, Empty : condition; procedure Insert(E : ItemType); begin if count = N then Wait(Full); insert_item(e); count := count + 1; if count = 1 then Signal(Empty); end; procedure Remove(var E : ItemType); begin if count = 0 then Wait(Empty); remove_item(e); count := count - 1; if count = N - 1 then Signal(Full); end; count:=0; end_monitor; procedure Producer; begin while true do begin item := produce_item(item); Buffer.Insert(item); end end; procedure Consumer; begin while true do begin Buffer.Remove(item); consume_item(item); end end; 26
27 Bariéry Pro bariéru definujeme minimální počet procesů/vláken N, které ji mohou prolomit. Když proces dojde k bariéře, tak je zablokován do té doby dokud všech N procesů nedorazí k bariéře. Příklady pthread_barrierattr_init(), pthread_barrier_wait(), pthread_barrierattr_destroy() 27
28 Zasílání zpráv Dvě základní operace: send(destination,&message), receive(source,&message). Synchronizace Blokující send(), blokující receive() (rendezvous). Neblokující send(), blokující receive(). Neblokující send(), neblokující receive() + test příchozích zpráv. Adresování Přímé: zpráva je uložena přímo do prostoru daného příjemce. Nepřímé: zpráva je uložena dočasně do sdílené datové struktury (mailbox). To umožňuje lépe implementovat kolektivní komunikační algoritmy (one-to-one, one-to-many, many-to-many). Příklad: MPI (Message-Passing Interface). 28
29 Producent-konzument pomocí zasílání zpráv Typ operací send() je neblokující. receive() je blokující. Všechny zprávy mají stejnou velikost. 29
30 Producent-konzument pomocí zasílání zpráv #define N 100 /* slots in shared buffer */ void producer(void) { int item; message m, e; while (TRUE) { item = produce_item(); receive(consumer,&e); /* wait for an empty */ build_message(&m,item); /* construct a message */ send(consumer,&m); /* send to consumer */ void consumer(void) { int item, i; message m, e; for (i = 0; i < N; i++) send(producer, &e); /* send N empties */ while (TRUE) { receive(producer, &m); /* get message */ item = extract_item(&m) /* extract item from message */ send(producer,&e); /* send back empty reply */ consume_item(item); 30
Operační systémy. Přednáška 4: Komunikace mezi procesy
Operační systémy Přednáška 4: Komunikace mezi procesy 1 Časově závislé chyby Dva nebo několik procesů používá (čte/zapisuje) společné sdílené prostředky (např. sdílená paměť, sdílení proměnné, sdílené
Synchronizace paralelních procesů
SU Media: Student Středník ČWUT AVC SH Akropolis ikariéra Synchronizace paralelních procesů z ČWUT Obsah 1 Časově závislé chyby, kritické sekce, vzájemné vyloučení 2 Metody vzájemného vyloučení
Operační systémy. Přednáška 5: Komunikace mezi procesy
Operační systémy Přednáška 5: Komunikace mezi procesy 1 Semafory Datový typ semafor obsahuje čítač a frontu čekajících procesů. Nabízí tři základní operace: Init(): Čítač se nastaví na zadané číslo (většinou
Procesy a vlákna IPC Komunikace mezi procesy (IPC = Inter-Process Communication)
ÚVOD DO OPERAČNÍCH SYSTÉMŮ Ver.1.00 Procesy a vlákna IPC Komunikace mezi procesy (IPC = Inter-Process Communication) České vysoké učení technické Fakulta elektrotechnická 2010 Studijní materiály a informace
Procesy a vlákna - synchronizace
ÚVOD DO OPERAČNÍCH SYSTÉMŮ Ver.1.00 Procesy a vlákna - synchronizace České vysoké učení technické Fakulta elektrotechnická 2010 Studijní materiály a informace o předmětu http://measure.feld.cvut.cz/vyuka/predmety/bakalarske/navody
2010/2011 ZS. Operační systém. procesy a vlákna. interakce a synchronizace
Principy počítačů a operačních systémů Operační systém procesy a vlákna plánování interakce a synchronizace Základní pojmy proces vykonávaný program vlákno (thread) oddělení místa vykonávání instrukcí
Principy operačních systémů. Lekce 6: Synchronizace procesů
Principy operačních systémů Lekce 6: Synchronizace procesů Kritická sekce Při multitaskingu (multithreadingu) různé procesy často pracují nad společnou datovou strukturou (např. zápis a čtení do/z fronty)
Semafory Zobecněním operací WAKEUP a SLEEP přidáním celočíselného čítače vzniknou semafory a jejich atomické operace DOWN a UP.
Semafory Zobecněním operací WAKEUP a SLEEP přidáním celočíselného čítače vzniknou semafory a jejich atomické operace DOWN a UP. Dvě sémantiky vzhledem k hodnotám čítače: 1. čítač >= 0 Operace DOWN zkontroluje
Paralelní programování
Paralelní programování přednášky Jan Outrata únor duben 2011 Jan Outrata (KI UP) Paralelní programování únor duben 2011 1 / 16 Semafory Await synchronizace používající await běží na železe = využívají
Cvičení 9 - Monitory. monitor m; var proměnné... procedure p; begin... end; begin inicializace; end;
Cvičení 9 - Monitory na rozdíl od semaforů je monitor jazyková konstrukce monitor = Pascalský blok podobný proceduře nebo fci uvnitř monitoru jsou definovány proměnné, procedury a fce proměnné monitoru
Principy počítačů a operačních systémů
Principy počítačů a operačních systémů Operační systémy Synchronizace procesů, zablokování Zimní semestr 2011/2012 Přístup ke sdíleným datům Terminologie: souběžné vs. paralelní zpracování Paralelní provádění
Paralelní programování
Paralelní programování přednášky Jan Outrata únor duben 2011 Jan Outrata (KI UP) Paralelní programování únor duben 2011 1 / 17 Monitor Semafor vedle aktivní (čekací smyčka, busy-wait) i pasivní implementace
Synchronizace Mgr. Josef Horálek
Synchronizace Mgr. Josef Horálek Synchronizace procesu = Kooperující proces je proces, který může ovlivnit nebo být ovlivněn jiným procesem právě spuštěným v systému = Spolupracující procesy mohou sdílet:
03. Synchronizace procesů. ZOS 2006, L. Pešička
03. Synchronizace procesů ZOS 2006, L. Pešička Administrativa 1. zápočtový test 7.11.2006 (út), EP130, 18:30 praktická cvičení před testem (slide upraven na aktuální termín) Plánování procesů Krátkodobé
ZOS 9. cvičení, ukázky kódu. Pavel Bžoch
ZOS 9. cvičení, ukázky kódu Pavel Bžoch Obsah Komunikace mezi procesy Atomické operace TSL a CAS Zámky Semafory Semafory vypsání věty Monitor Bariéra pomocí monitoru Implementace semaforu pomocí monitoru
Řada programovacích jazyků nabízí prostředky pro řešení meziprocesové komunikace jako je synchronizace a řízení přístupu do kritické sekce.
Operační systémy Tomáš Hudec 7 Prostředky programovacích jazyků pro IPC Obsah: 7.1 Monitor, 7.1.1 Použití monitoru pro řízení přístupu do kritické sekce, 7.1.2 Použití monitoru pro synchronizaci, 7.1.3
Procesy a vlákna (Processes and Threads)
ÚVOD DO OPERAČNÍCH SYSTÉMŮ Ver.1.00 Procesy a vlákna (Processes and Threads) Správa procesů a vláken České vysoké učení technické Fakulta elektrotechnická 2012 Použitá literatura [1] Stallings, W.: Operating
Synchronizace procesů
Synchronizace procesů Tomáš Vojnar vojnar@fit.vutbr.cz Vysoké učení technické v Brně Fakulta informačních technologií Božetěchova 2, 612 66 BRNO 11. dubna 2011 Operační systémy Synchronizace procesů Současný
Chapter 7: Process Synchronization
Chapter 7: Process Synchronization Background The Critical-Section Problem Synchronization Hardware Semaphores Classical Problems of Synchronization Critical Regions Monitors Synchronization in Solaris
Synchronizace procesů
Synchronizace procesů Tomáš Vojnar vojnar@fit.vutbr.cz Vysoké učení technické v Brně Fakulta informačních technologií Božetěchova 2, 612 66 BRNO 3. dubna 2018 Operační systémy Synchronizace procesů Současný
Operační systémy Tomáš Hudec. 6 Komunikace procesů (IPC) Obsah: 6.1 Klasické problémy souběhu. 6.1.1 Obědvající filosofové
Operační systémy Tomáš Hudec 6 Komunikace procesů (IPC) Obsah: 6.1 Klasické problémy souběhu, 6.1.1 Obědvající filosofové, 6.1.2 Producenti a konzumenti, 6.1.3 Problém spících holičů, 6.1.4 Problém pisatelů
Principy operačních systémů. Lekce 5: Multiprogramming a multitasking, vlákna
Principy operačních systémů Lekce 5: Multiprogramming a multitasking, vlákna Multiprogramování předchůdce multitaskingu Vzájemné volání: Implementován procesem (nikoliv OS) Procesu je přidělen procesor,
Správa procesoru. Petr Krajča. Katedra informatiky Univerzita Palackého v Olomouci. 11. březen, 2011
Operační systémy Správa procesoru Petr Krajča Katedra informatiky Univerzita Palackého v Olomouci 11. březen, 2011 Petr Krajča (UP) KMI/XOSY: Přednáška III. 11. březen, 2011 1 / 18 Procesy (1/2) neformálně:
Vlákna a přístup ke sdílené paměti. B4B36PDV Paralelní a distribuované výpočty
Vlákna a přístup ke sdílené paměti B4B36PDV Paralelní a distribuované výpočty Minulé cvičení: Paralelizace nám může pomoct... 1 Minulé cvičení: Paralelizace nám může pomoct... B4B36PDV: Ale ne všechny
Spuštění instalace. nastavení boot z cd v BIOSu vložení CD s instal. médiem spuštění PC. nastavení parametrů instalace (F2 čěština)
Instalace OS Linux Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Libor Otáhalík. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785. Provozuje Národní ústav pro vzdělávání,
Téma 36. Petr Husa
Přesné zadání: Téma 36 Petr Husa husap1@fel.cvut.cz Sdílení prostředků, časově závislé chyby, kritické sekce procesu. Synchronizační nástroje, uváznutí - původ, detekce, prevence. Komponenty JOS pro podporu
Služba ve Windows. Služba (service) je program
Služby Windows Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Libor Otáhalík. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785. Provozuje Národní ústav pro vzdělávání, školské
Operační systémy. Přednáška 1: Úvod
Operační systémy Přednáška 1: Úvod 1 Organizace předmětu Přednášky každé úterý 18:00-19:30 v D209 Přednášející Jan Trdlička email: trdlicka@fel.cvut.cz kancelář: K324 Cvičení pondělí, úterý, středa, pátek
Správa procesoru. Petr Krajča. Katedra informatiky Univerzita Palackého v Olomouci. Petr Krajča (UP) KMI/YOS: Přednáška III. 7. listopad, / 23
Operační systémy Správa procesoru Petr Krajča Katedra informatiky Univerzita Palackého v Olomouci Petr Krajča (UP) KMI/YOS: Přednáška III. 7. listopad, 2014 1 / 23 Procesy (1/2) neformálně: proces = běžící
Management procesu I Mgr. Josef Horálek
Management procesu I Mgr. Josef Horálek Procesy = Starší počítače umožňovaly spouštět pouze jeden program. Tento program plně využíval OS i všechny systémové zdroje. Současné počítače umožňují běh více
Operační systémy - modelování a algoritmy paralelních výpočtů
Operační systémy - modelování a algoritmy paralelních výpočtů texty pro distanční studium Doc. Ing. Cyril Klimeš, CSc. Ostravská univerzita v Ostravě, Přírodovědecká fakulta Katedra informatiky a počítačů
04. Mutexy, monitory. ZOS 2006, L. Pešička
04. Mutexy, monitory ZOS 2006, L. Pešička Administrativa změna termínů zápočtových testů 7.11.2006 (út), EP130, 18:30 12.12.2006 (út), EP130, 18:30 Semafory Ošetření kritické sekce ukázka více nezávislých
ÚVOD DO OPERAČNÍCH SYSTÉMŮ
ÚVOD DO OPERAČNÍCH SYSTÉMŮ Ver.1.00 Procesy a vlákna Plánování procesů (Process Scheduling) České vysoké učení technické Fakulta elektrotechnická 2010 Studijní materiály a informace o předmětu http://measure.feld.cvut.cz/vyuka/predmety/bakalarske/navody
Přednáška. Vstup/Výstup. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012
Přednáška Vstup/Výstup. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012 Příprava studijního programu Informatika je podporována projektem financovaným z Evropského
Architektura a koncepce OS OS a HW (archos_hw) Architektura a koncepce OS Jádro OS (archos_kernel) Architektura a koncepce OS Typy OS (archos_typy)
Architektura a koncepce OS OS a HW (archos_hw) Aby fungoval OS s preemptivním multitaskingem, musí HW obsahovat: 1. (+2) přerušovací systém (interrupt system) 2. (+2) časovač Při používání DMA: 1. (+1)
Možnosti programování se sdílenými proměnnými. Týden 6 Programování se sdílenými proměnnými (Shared Variables, SV) Procesy a vlákna.
Možnosti programování se sdílenými proměnnými Týden 6 Programování se sdílenými proměnnými (Shared Variables, SV). Sekvenční jazyk + paralelizující kompilátor = zatím málo efektivní (implicitní paralelismus).
Operační systémy. Přednáška 1: Úvod
Operační systémy Přednáška 1: Úvod 1 Organizace předmětu Přednášky každé úterý 18:00-19:30 v K1 Přednášející Jan Trdlička email: trdlicka@fel.cvut.z kancelář: K324 Cvičení pondělí, úterý, středa Informace
Paralelní programování
Paralelní programování přednášky Jan Outrata únor květen 2011 Jan Outrata (KI UP) Paralelní programování únor květen 2011 1 / 15 Simulátor konkurence abstrakce = libovolné proložení atom. akcí sekvenčních
Obsah. Kapitola 1 Hardware, procesory a vlákna Prohlídka útrob počítače...20 Motivace pro vícejádrové procesory...21
Stručný obsah 1. Hardware, procesory a vlákna... 19 2. Programování s ohledemna výkon... 45 3. Identifikování příležitostí pro paralelizmus... 93 4. Synchronizace a sdílení dat... 123 5. Vlákna v rozhraní
TÉMATICKÝ OKRUH Počítače, sítě a operační systémy
TÉMATICKÝ OKRUH Počítače, sítě a operační systémy Číslo otázky : 1. Otázka : Procesy, meziprocesová komunikace a její synchronizace. Obsah : 1 Úvod 1.1 Stavy procesů 1.2 Tabulka procesů 1.3 Přepínání mezi
Paralelní programování
Paralelní programování přednáška 5 Michal Krupka 15. března 2011 Michal Krupka (KI UP) Paralelní programování 15. března 2011 1 / 13 Ještě ke kritickým sekcím Použití v praxi obvykle pomocí zámků (locks)
Paralelní programování
Paralelní programování přednáška 3 Michal Krupka 1. března 2011 Michal Krupka (KI UP) Paralelní programování 1. března 2011 1 / 14 Ještě k atomickým proměnným Další neatomické proměnné Mohou to být proměnné,
Principy operačních systémů. Lekce 7: Obrana proti deadlocku
Principy operačních systémů Lekce 7: Obrana proti deadlocku Deadlock Deadlock = uváznutí, zablokování Vznik problému: proces drží určité prostředky, požaduje přidělení dalších prostředků, tyto nedostane
Jazykové konstrukce pro paralelní výpočty
Paralelismus se vyskytuje na: Jazykové konstrukce pro paralelní výpočty 1. Úrovni strojových instrukcí 2. Úrovni příkazů programovacího jazyka 3. Úrovni podprogramů 4. Úrovni programů Vývoj multiprocesorových
Pavel Procházka. 3. prosince 2014
Jazyk C# (seminář 11) Pavel Procházka KMI 3. prosince 2014 Motivace Dnes už se prakticky nedělají jednojádrové procesory pokud potřebujeme výkon, musíme zapojit všechna jádra Často potřebujeme dělat více
Ukázka zkouškové písemka OSY
Ukázka zkouškové písemka OSY Jméno a příjmení:.......................................... Odpovězte na otázky zaškrtnutím příslušného políčka. Otázky označené znakem mohou mít více než jednu správnou odpověď.
Paralelní programování
Paralelní programování přednášky Jan Outrata únor duben 2011 Jan Outrata (KI UP) Paralelní programování únor duben 2011 1 / 11 Literatura Ben-Ari M.: Principles of concurrent and distributed programming.
Přednáška 1. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012
Přednáška 1 Úvod do HW a OS. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012 Příprava studijního programu Informatika je podporována projektem financovaným z Evropského
Operační systémy. Přednáška 2: Procesy a vlákna
Operační systémy Přednáška 2: Procesy a vlákna 1 Procesy Všechen běžící software v systému je organizován jako množina sekvenčně běžících procesů. (Sekvenční) proces Abstrakce běžícího programu. Sekvence
Přednáška. Implementace procesů/vláken. Plánování vláken. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012
Přednáška Implementace procesů/vláken. Plánování vláken. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012 Příprava studijního programu Informatika je podporována
Paralelní programování
Paralelní programování přednášky Jan Outrata únor duben 2011 Jan Outrata (KI UP) Paralelní programování únor duben 2011 1 / 14 Atomické akce dále nedělitelná = neproložitelná jiným procesem izolovaná =
Paralelní programování
Paralelní programování cvičení Jan Outrata únor duben 2011 Jan Outrata (KI UP) Paralelní programování únor duben 2011 1 / 13 Cvičení 1 Jazyk C POSIX Threads (UNIX) hlavičkový soubor pthread.h, knihovna
Přednáška. Správa paměti II. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012
Přednáška Správa paměti II. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012 Příprava studijního programu Informatika je podporována projektem financovaným z Evropského
Operační systémy. Přednáška 3: Plánování procesů a vláken
Operační systémy Přednáška 3: Plánování procesů a vláken 1 Plánovací algoritmy Určují, který z čekajících procesů (vláken) bude pokračovat. Typy plánování dlouhodobé (long-term scheduling) určuje, které
ZOS. Verze 2010-srpen-31, v3 L. Pešička
ZOS Verze 2010-srpen-31, v3 L. Pešička Základní znalosti vhodné k opakování Rozhodně prosím neberte jako jediný materiál na učení ke zkouškám / státnicím obsahuje jen vybrané části Jde zde o zopakování,
Chapter 6: Process Syncronization
Chapter 6: Process Syncronization Chapter 6: Process Syncronization Background The Critical-Section Problem Peterson s Solution Synchronization Hardware Mutex Locks Semaphores Classic Problems of Synchronization
B4B35OSY: Operační systémy
B4B35OSY: Operační systémy Lekce 4. Synchronizace a deadlock Petr Štěpán stepan@fel.cvut.cz 25. října, 2018 1 / 57 Outline 1 Plánování procesů/vláken 2 Synchronizace 2 / 57 Plánování procesů/vláken Obsah
Vláknové programování část VI
Vláknové programování část VI Lukáš Hejmánek, Petr Holub {xhejtman,hopet}@ics.muni.cz Laboratoř pokročilých síťových technologií PV192 2015 04 14 1/95 Vytváření vláken a procesů v Linuxu Vlákno vzniká
Management procesu II Mgr. Josef Horálek
Management procesu II Mgr. Josef Horálek Vlákna = Vlákna (Threads) = proces je definován množinou zdrojů výpočetního systému, které používá a umístěním, kde je spuštěn; = vlákno (thread) nazýváme lehký
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ DOKTORSKÁ DISERTAČNÍ PRÁCE
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ DOKTORSKÁ DISERTAČNÍ PRÁCE srpen 1996 Ing. Petr Hanáček VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Model pro vyjádření synchronizačních a komunikačních mechanismů DOKTORSKÁ DISERTAČNÍ
Paralelní programování
Paralelní programování přednášky Jan Outrata únor duben 2011 Jan Outrata (KI UP) Paralelní programování únor duben 2011 1 / 11 Literatura Ben-Ari M.: Principles of concurrent and distributed programming.
Teoretická informatika Tomáš Foltýnek foltynek@pef.mendelu.cz. Paralelní programování
Tomáš Foltýnek foltynek@pef.mendelu.cz Paralelní programování strana 2 Opakování Co je to síť? Co je to tok? Co je to velikost toku? Co je to řez? Co je to velikost řezu? Jaký je vztah mezi velikostí toku
Petr Štěpán, K13133 KN-E-129 Téma 5. Synchronizace a deadlock
Operační systémy a sítě Petr Štěpán, K13133 KN-E-129 stepan@fel.cvut.cz Téma 5. Synchronizace a deadlock A4B33OSS 1 Problém synchronizace vláken Souběžný přístup ke sdíleným datům může způsobit jejich
Architektury VLIW M. Skrbek a I. Šimeček
Architektury VLIW M. Skrbek a I. Šimeček xsimecek@fit.cvut.cz Katedra počítačových systémů FIT České vysoké učení technické v Praze Ivan Šimeček, 2011 MI-PAP, LS2010/11, Predn.3 Příprava studijního programu
Přednáška 4. Klasické synchronizační úlohy. Implementace procesů, vláken.
Přednáška 4 Klasické synchronizační úlohy. Implementace procesů, vláken. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012 Příprava studijního programu Informatika
Vlákno odlehčený proces kód vlákna, zásobník privátní ostatní sdíleno s dalšími vlákny téhož procesu
Procesy, vlákna Vlákno odlehčený proces kód vlákna, zásobník privátní ostatní sdíleno s dalšími vlákny téhož procesu Implementace vláken one-to-one o implementace na úrovni jádra o každé vlákno je pro
C++ 0x aka C++11. Základním kamenem je třída std::thread
C++ 0x aka C++11 Jako jiné jazyky, např. Free/Object Pascal, se C++ ve standardu ++0x dočkal podpory vláken Výhodou je, že standardní knihovna je platformě nezávislá na úrovni zdrojového kódu Základním
Distribuovaná synchronizace. Paralelní a distribuované systémy. 11. Přednáška Vzájemné vyloučení. Centralizovaný algoritmus - fronta procesů
Distribuovaná synchronizace Využití kritické sekce při vzájemném vyloučení v distribuovaném systému Paralelní a distribuované systémy 11. Přednáška Vzájemné vyloučení Logicky distribuovaný systém s vlákny
Semestrální práce z předmětu. Jan Bařtipán / A03043 bartipan@studentes.zcu.cz
Semestrální práce z předmětu KIV/UPA Jan Bařtipán / A03043 bartipan@studentes.zcu.cz Zadání Program přečte ze vstupu dvě čísla v hexadecimálním tvaru a vypíše jejich součet (opět v hexadecimální tvaru).
Přidělování CPU Mgr. Josef Horálek
Přidělování CPU Mgr. Josef Horálek Přidělování CPU = Přidělování CPU je základ multiprogramového OS = pomocí přidělování CPU různým procesům OS zvyšuje výkon výpočetního systému; = Základní myšlenka multiprogramování
Čipové karty Lekařská informatika
Čipové karty Lekařská informatika Následující kód je jednoduchou aplikací pro čipové karty, která po překladu vytváří prostor na kartě, nad kterým jsou prováděny jednotlivé operace a do kterého jsou ukládány
Vláknové programování část III
Vláknové programování část III Lukáš Hejmánek, Petr Holub {xhejtman,hopet}@ics.muni.cz Laboratoř pokročilých síťových technologií PV192 2008 05 06 1/36 Přehled přednášky Další nástroje pro synchronizaci
30. Vlákna, jejich atributy, metody, organizace a stavy. Možnosti synchronizace. (A7B36PVJ)
30. Vlákna, jejich atributy, metody, organizace a stavy. Možnosti synchronizace. (A7B36PVJ) Procesy a vlákna Proces Každá aplikace je vlastně běžící proces. Pokud je aplikace spuštěna vícekrát, vytvoří
Česká letecká servisní a. s.
Česká letecká servisní a. s. 1/20 Česká letecká servisní a. s. Your integrator of the avionics Česká letecká servisní a. s. Česká letecká servisní a. s. 2/20 Úvod do problematiky synchronizace tasků O
Téma 4. Synchronizace a deadlock
A3B33OSD 2016/2017 Operační systémy a databáze Petr Štěpán, K13133, KN-E-129 stepan@fel.cvut.cz Michal Sojka, K13135, KN-G-203 sojkam1@fel.cvut.cz Téma 4. Synchronizace a deadlock A3B33OSD 2016/2017 Meziprocesní
Přidělování zdrojů (prostředků)
Přidělování zdrojů (prostředků) Proces potřebuje zdroje (prostředky) hardware (I/O zařízení, paměť) software (data, programy) Klasifikace zdrojů (z hlediska multitaskingového režimu) Násobně použitelné
x86 assembler and inline assembler in GCC
x86 assembler and inline assembler in GCC Michal Sojka sojkam1@fel.cvut.cz ČVUT, FEL License: CC-BY-SA 4.0 Useful instructions mov moves data between registers and memory mov $1,%eax # move 1 to register
PROGRAMOVÁNÍ ŘÍDÍCÍCH SYSTÉMŮ
VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ PROGRAMOVÁNÍ ŘÍDÍCÍCH SYSTÉMŮ Ing. Ivo Špička, Ph.D. Ostrava 2013 Ing. Ivo Špička, Ph.D. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava
Princip funkce počítače
Princip funkce počítače Princip funkce počítače prvotní úlohou počítačů bylo zrychlit provádění matematických výpočtů první počítače kopírovaly obvyklý postup manuálního provádění výpočtů pokyny pro zpracování
Operační systémy. Tomáš Vojnar IOS 2009/2010. Vysoké učení technické v Brně Fakulta informačních technologií Božetěchova 2, 612 66 Brno
Operační systémy IOS 2009/2010 Tomáš Vojnar Vysoké učení technické v Brně Fakulta informačních technologií Božetěchova 2, 612 66 Brno ÚÓ Ò Ö ØºÚÙØ ÖºÞ Úvod do UNIXu p.1/11 Unix úvod Úvod do UNIXu p.2/11
Real Time programování v LabView. Ing. Martin Bušek, Ph.D.
Real Time programování v LabView Ing. Martin Bušek, Ph.D. Úvod - související komponenty LabVIEW development Konkrétní RT hardware - cíl Použití LabVIEW RT module - Pharlap ETS, RTX, VxWorks Možnost užití
Téma 4. Plánování procesů a synchronizace
Operační systémy a sítě Petr Štěpán, K13133 KN-E-129 stepan@fel.cvut.cz Téma 4. Plánování procesů a synchronizace A4B33OSS Plánovače v OS Krátkodobý plánovač (operační plánovač, dispečer): Základní správa
Architektura rodiny operačních systémů Windows NT Mgr. Josef Horálek
Architektura rodiny operačních systémů Windows NT Mgr. Josef Horálek = Velmi malé jádro = implementuje jen vybrané základní mechanismy: = virtuální paměť; = plánování vláken; = obsluha výjimek; = zasílání
Principy operačních systémů. Lekce 4: Správa procesů
Principy operačních systémů Lekce 4: Správa procesů Základní pojmy Program = zápis algoritmu v programovacím jazyce Je statický (neměnný) Proces = instance programu běžícího v počítači Je tvořen nejen
Vlákno (anglicky: thread) v informatice označuje vlákno výpočtu neboli samostatný výpočetní tok, tedy posloupnost po sobě jdoucích operací.
Trochu teorie Vlákno (anglicky: thread) v informatice označuje vlákno výpočtu neboli samostatný výpočetní tok, tedy posloupnost po sobě jdoucích operací. Každá spuštěná aplikace má alespoň jeden proces
Vlákna Co je to vlákno?
Vlákna Co je to vlákno? Hierarchie z pohledu operačního systému: Proces o největší výpočetní entita plánovače o vlastní prostředky, paměť a další zdroje o v závislosti na OS možnost preemptivního multitaskingu
Chapter 6: Process Synchronization
Module 6: Process Synchronization Chapter 6: Process Synchronization Background The Critical-Section Problem Peterson s Solution Synchronization Hardware Semaphores Classic Problems of Synchronization
Architektury paralelních počítačů II.
Architektury paralelních počítačů II. Sekvenční konzistence paměti Implementace synchronizačních událostí Ing. Miloš Bečvář s použitím slajdů Prof. Ing. Pavla Tvrdíka, CSc. Osnova přednášky Opakování definice
Základní komunikační operace
Základní komunikační operace Úvod Operace send a recieve Blokující a neblokující posílání zpráv Blokující posílání zpráv Neblokující posílání zpráv One-to-all broadcast/all-to-one reduction All-to-all
BI-JPO. (Jednotky počítače) M. Sběrnice
BI-JPO (Jednotky počítače) M. Sběrnice c doc. Ing. Alois Pluháček, CSc. 2010 Katedra číslicového návrhu Fakulta informačních technologií České vysoké učení technické v Praze Evropský sociální fond Praha&
Výpočet v módu jádro. - přerušení (od zařízení asynchronně) - výjimky - softvérové přerušení. v důsledku událostí
Výpočet v módu jádro v důsledku událostí - přerušení (od zařízení asynchronně) - výjimky - softvérové přerušení řízení se předá na proceduru pro ošetření odpovídající události část stavu přerušeného procesu
Chapter 6: Process Synchronization
Chapter 6: Process Synchronization Module 6: Process Synchronization Background The Critical-Section Problem Peterson s Solution Synchronization Hardware Semaphores Classic Problems of Synchronization
PB002 Základy informačních technologií
Operační systémy 25. září 2012 Struktura přednašky 1 Číselné soustavy 2 Reprezentace čísel 3 Operační systémy historie 4 OS - základní složky 5 Procesy Číselné soustavy 1 Dle základu: dvojková, osmičková,
setup() { I = 0; } loop() { I = I + 1; }
PŘERUŠENÍ Procesor pracuje tak, že načítá z paměti jednotlivé instrukce a ty následně zpracovává. Instrukce se zpracovávají v pořadí v jakém jsou uloženy v paměti. Vezměme jednoduchý program, který v nekonečném
Poslední aktualizace: 21. května 2015
Operační systémy seznam otázek ke zkoušce Poslední aktualizace: 21. května 2015 Průběh zkoušky: Zkouška je písemná, obvykle cca 6 7 otázek vybraných z níže uvedených. Po vyhodnocení budou výsledky na webu
Základní úrovně: Moorův zákon: multi-core mikroprocesory (CPU) hypertherading pipeline many-core Paralelní systém Instrukce iterace procedura Proces
Základní úrovně: hardwarová (procesory, jádra) programová (procesy, vlákna) algoritmická (uf...) zvýšení výkonu, redundance, jiné cíle, ale podobné nástroje a problémy. Moorův zákon: Počet tranzistorů/komponent,
Jak je definována kritická sekce? Jaký je rozdíl mezi aktivním čekáním a blokováním procesů?
1. Historie OS Co to je OS? Základní části OS a v jakém modu běží? umožňuje běh systému, aby s ním uživatel mohl manipulovat. Jádro OS (kernel) běží v kernel modu, utility (editory, shelly, kompilátory)
Vláknové programování část I
Vláknové programování část I Lukáš Hejmánek, Petr Holub {xhejtman,hopet}@ics.muni.cz Laboratoř pokročilých síťových technologií PV192 2015 04 07 1/27 Vláknové programování v C/C++ 1. Procesy, vlákna, přepínání
Strojový kód k d a asembler procesoru MIPS SPIM. MIPS - prostředí NMS NMS. 32 ks 32bitových registrů ( adresa registru = 5 bitů).
Strojový kód k d a asembler procesoru MIPS Použit ití simulátoru SPIM K.D. - cvičení ÚPA 1 MIPS - prostředí 32 ks 32bitových registrů ( adresa registru = 5 bitů). Registr $0 je zero čte se jako 0x0, zápis