Semafori Konkurentno i Distribuirano Programiranje Slajdovi Racunarska Tehinka i Informatika

Docsity.com

СемафориСемафори

Docsity.com

© ЕТФ 2008 2/41


• Семафор је ненегативна целобројна променљива

на којој су дефинисане операције:• wait( s) испитује да ли вредност семафора sзадовољава услов s>0 и ако је услов задовољенонда се декрементира вредност семафора (s=s-1), а ако није, онда се чека док се тај услов неиспуни. Провера задовољености услова s>0 идекрементирање вредности семафора се

обављају атомски.• signal( s) инкрементира вредност семафора

(s=s+1). Инкрементирање вредности семафора сеобавља атомски.

• init( s, val) поставља почетну вредност (s= val)

Docsity.com

© ЕТФ 2008 3/41


wait(s)if s>0 then

s=s-1else beginЗаустави процес и стави га у стање чекања код ОС

Стави процес у ред чекања на семафору sОслободи процесор

end

Docsity.com

© ЕТФ 2008 4/41


signal(s)if ред чекања на семафору s празан (односно s==0) then

s=s+1else beginУклони први процес из реда чекања на семафору s

Активирај тај процес код ОС

end

Docsity.com

ЗадациЗадаци

Docsity.com

© ЕТФ 2008 6/41

ReadersReaders –– WritersWriters pproblemroblem

program Readers_Writers;var mutex : semaphore;

db : semaphore; reader_count : integer;

procedure Reader(ID : integer );begin

while (true ) dobegin

wait (mutex); reader_count := reader_count + 1; if (reader_count = 1) then wait (db); signal (mutex); read_db; wait (mutex); reader_count := reader_count - 1; if (reader_count = 0) then signal(db);signal (mutex);

endend ;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 7/41

ReadersReaders –– WritersWriters pproblemroblem

procedure Writer(ID : integer );begin


create_data; wait (db); write_db; signal (db);

end;end;begin

init (mutex, 1); init (db, 1); reader_count := 0;cobegin

Writer(0);Writer(1);Reader(0);Reader(1);Reader(2);

coend;end.

Docsity.com

© ЕТФ 2008 8/41

ProducerProducer –– ConsumerConsumer pproblemroblem

program Producer_Consumer;const BufferSize = 3;var mutex : semaphore ;

empty : semaphore ;full : semaphore ;

procedure Producer(ID : integer );var item : integer ;begin


make_new(item);wait (empty);wait (mutex);put_item(item);signal (mutex);signal (full);

end ;end ;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 9/41


procedure Consumer(ID : integer );var item : integer ;begin


wait (full);wait (mutex);remove_item(item); signal (mutex);signal (empty);consume_item(item);

end ;end ;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 10/41


begininit (mutex,1);init (empty, BufferSize);init (full, 0);cobegin

Producer(0);...Consumer(0);...

coend ;end .

Docsity.com

© ЕТФ 2008 11/41

AtomicAtomic broadcastbroadcast problemproblem

Постоји један произвођач и N потрошача који делезаједнички једноелементни бафер. Произвођачубацује производ у бафер и чека док свих N потрошача не узму исти тај производ. Тадазапочиње нови циклус производње.

Docsity.com

© ЕТФ 2008 12/41


program AtomicBroadcast;const N = 5;var mutex : semaphore ;

empty : semaphore ;full : array [1..N] of semaphore ;num : integer ;index : integer ;

...procedure Producer;var item, index : integer ;begin


wait (empty);make_new(item);for index := 1 to N do signal (full[index]);

end ;end;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 13/41


procedure Consumer(ID : integer );var item : integer ;begin


wait (full[ID]);wait (mutex);get_item(item); num := num + 1;if (num = N) thenbegin

signal (empty);num := 0;

end ;signal (mutex);consume_item(item);

end ;end;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 14/41


begininit (mutex,1);init (empty, 1);for index := 1 to N do init (full[index], 0);num := 0;cobegin

Producer;Consumer(1);...Consumer(N);

coend;end.

Docsity.com

© ЕТФ 2008 15/41


Постоји један произвођач и N потрошача који делезаједнички бафер капацитета B. Произвођачубацује производ у бафер и то само у слободнеслотове на који чекају свих N потрошача. Свакипотрошач мора да прими производ у тачно ономредоследу у коме су произведени, мада различитипотрошачи могу у исто време да узимају различитеприозводе.

Docsity.com

© ЕТФ 2008 16/41


program AtomicBroadcastB;const N = 5;

B = 2;var mutex : semaphore ;

empty : semaphore ;full : array [1..N] of semaphore ;

buffer : array [1..B] of integer ;num : array [1..B] of integer ;readFromIndex : array [1..N] of integer;writeToIndex : integer;

index : integer ;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 17/41


procedure put_item(var item : integer );begin

buffer[writeToIndex] := item;writeToIndex := (writeToIndex mod B) + 1;

end;procedure Producer;var item, index : integer;begin


wait (empty);make_new(item);put_item(data);for index := 1 to N do signal (full[index]);

end ;end ;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 18/41


procedure Consumer(ID : integer );var item : integer;begin


wait (full[ID]);wait (mutex);

item := buffer[readFromIndex[ID]];get_item(item, ID);

num[readFromIndex[ID]] := num[readFromIndex[ID]] + 1;if (num[readFromIndex[ID]] = N) thenbegin

signal (empty);num[readFromIndex[ID]] := 0;

end;readFromIndex[ID]:= (readFromIndex[ID] mod B) + 1;signal (mutex);consume_item(item);

end ;end ;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 19/41


begininit (mutex,1);init (empty, B);for index := 1 to N do init (full[index], 0);for index := 1 to N do readFromIndex[index] := 1;writeToIndex := 1;

cobeginProducer;Consumer(1);...Consumer(N);

coend ;end .

Docsity.com

© ЕТФ 2008 20/41

DiningDining philosophersphilosophers problemproblem

Пет филозофа седи око стола. Сваки филозофнаизменично једе и размишља. Испред свакогфилозофа је тањир шпагета. Када филозофпожели да једе, он узима две виљушке које сеналазе уз његов тањир. На столу, међутим, имасамо пет виљушки. Значи, филозоф може да једесамо када ниједан од његових суседа не једе. Написати алгоритам за филозофа (0<=i<=4).

Docsity.com

© ЕТФ 2008 21/41

DiningDining philosophersphilosophers problem problem -- 11

program Dining_philosophers;const n = 5;var ticket: semaphore;

fork: array [0..n-1] of semaphore ;I: integer;

procedure think; begin ... end ;procedure eat; begin ... end ;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 22/41


procedure Philosopher(i : integer );var left, right: integer;begin

left := i;right := (i + 1) mod n;while (true) do

beginthink;wait (ticket);wait (fork[left]);wait (fork[right]);eat;signal (fork[right]);signal (fork[left]);signal (ticket)

endend;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 23/41


begininit (ticket, n-1 );for i:=0 to n-1 do init (fork[i],1);cobegin

Philosopher(0);Philosopher(1);Philosopher(2);Philosopher(3);Philosopher(4);

coendend.

Docsity.com

© ЕТФ 2008 24/41


program Dining_philosophers;const n = 5;var ticket: semaphore ;

fork: array [0..n-1] of semaphore ;i: integer;

procedure think; begin ... end ;procedure eat; begin ... end ;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 25/41


procedure Philosopher(i : integer );var firstodd, secondeven: 0..n-1;begin

if (i mod 2 = 1) then beginfirstodd := i;secondeven := (i+1) mod n

endelsebegin

firstodd := (i+1) mod n;secondeven := i

end;while (true) do begin

think;wait (fork[firstodd]);wait (fork[secondeven]);eat;signal (fork[firstodd]);signal (fork[secondeven])

endend;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 26/41


beginfor i:=0 to n-1 do init (fork[i],1);cobegin

Philosopher(0);Philosopher(1);Philosopher(2);Philosopher(3);Philosopher(4)

coendend .

Docsity.com

© ЕТФ 2008 27/41

The The diningdining savagessavages problemproblem

Племе људождера једе заједничку вечеру из казанакоји може да прими M порција куваних мисионара. Када људождер пожели да руча онда се он сампослужи из заједничког казана, уколико казан нијепразан. Уколико је казан празан људождер будикувара и сачека док кувар не напуни казан. Ниједозвољено будити кувара уколико се налази бармало хране у казану. Користећи семафоренаписати програм који симулира понашањељудождера и кувара.

Docsity.com

© ЕТФ 2008 28/41


program DiningSavages;const M =…;var cook: semaphore ;

savager: semaphore ;mutex: semaphore ;servings: shared integer;

procedure PrepareLunch; begin …endprocedure GetServingFromPot; begin …end

procedure SavageCook;begin

while (true) dobegin

wait (cook);PrepareLunch;signal (savager)

end;end;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 29/41


procedure Savage(i : integer );begin

while (true) dobegin

wait (mutex);if (servings = 0) thenbegin

signal (cook);wait (savager);servings := M;

end;servings := servings - 1;GetServingFromPot ;signal (mutex);

end;eat;

end;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 30/41


beginservings := 0;init (cook, 0);init (savager, 0);init (mutex, 1);cobegin

SavageCook();Savage(1);Savage(2);...

coend;end.

Docsity.com

© ЕТФ 2008 31/41

The H2O problemThe H2O problem

Постоје два типа атома, водоник и кисеоник, којидолазе до баријере. Да би се формирао молекулводе потребно је да се на баријери у истомтренутку нађу два атома водоника и један атомкисеоника. Уколико атом кисеоника дође добаријере на којој не чекају два атома водоникаонда он чека да се они сакупе. Уколико атомводоника дође до баријере на којој се не налазеједан кисеоник и један водоник он чека на њих. Баријеру треба да напусте два атома водоника иједан атом кисеоника. Користећи семафоренаписати програм који симулира понашањеводоника и кисеоника.

Docsity.com

© ЕТФ 2008 32/41


program H2O;var

hydroSem : Semaphore ;hydroSem2 : Semaphore ;hydroMutex : Semaphore ;oxySem : Semaphore ;oxyMutex : Semaphore ;count : integer;

procedure Oxygen(i : integer );begin

signal (hydroSem);signal (hydroSem);wait (oxyMutex);wait (oxySem);bond (i);signal (oxyMutex);

end ;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 33/41


procedure Hydrogen(i : integer );begin

wait (hydroSem);wait (hydroMutex);count := count + 1;if (count = 2) thenbegin

signal (oxySem);signal (hydroSem2);signal (hydroSem2);count := 0

end;signal (hydroMutex);wait (hydroSem2);bond (i)

end;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 34/41


begininit (hydroSem, 0);init (hydroSem2, 0);init (hydroMutex, 1);init (oxySem, 0);init (oxyMutex, 1);count := 0;cobegin

Oxygen(1);Oxygen(2);...Hydrogen(1);Hydrogen(2);...

coend;end.

Docsity.com

© ЕТФ 2008 35/41

The The childchild carecare problemproblem

У неком забавишту постоји правило које каже да сена свака три детета мора наћи барем једнаваспитачица . Родитељ доводи једно или вишедеце у забавиште. Уколико има места оставља их, уколико не одводи их. Васпитачица сме данапусти забавиште само уколико то не нарушаваправило. Написати процедуре, користећисемафоре, за родитеље који доводе и одводедецу и васпитачици и иницијализовати почетнеуслове.

Docsity.com

© ЕТФ 2008 36/41


program ChildCare;const C = 3;var numChild : integer ;

numNann : integer ;numWaiting : integer ;mutex : semaphore;confirm : semaphore;toLeave : semaphore;

function bringUpChildren ( num : integer ) : boolean ;begin

wait (mutex);if ((numChild + num) <= C * numNann) thenbegin

numChild := numChild + num;bringUpChildren := true ;

endelse

bringUpChildren := false ;signal (mutex);

end ;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 37/41


procedure bringBackChildren ( num : integer );

var out, i : integer;begin

wait (mutex);

numChild := numChild - num;

out : = numNann - (numChild + C - 1) / C;if (out > numWaiting) then out := numwaiting;

for i := 0 to out dobegin

signal (toLeave);wait (confirm);

endsignal (mutex);

end;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 38/41


procedure nannEnter();begin

wait (mutex);numNann := numNann + 1;if (numWaiting > 0) thenbegin

signal (toLeave);wait (confirm);

endsignal (mutex);

end;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 39/41


procedure nannExit();begin

wait (mutex);if (numChild <= C * (numNann - 1)) thenbegin

numNann := numNann - 1;signal (mutex);

endelsebegin

numWaiting := numWaiting + 1signal (mutex);wait (toLeave);numNann := numNann - 1;numWaiting := numWaiting - 1signal (confirm);

endend;

Docsity.com

© ЕТФ 2008 40/41


beginnumChild := 0;numNann := 0;numWaiting := 0;init(mutex, 1);init(confirm, 0);init(toLeave, 0);cobegin...coend ;

end.

Docsity.com

ПитањаПитања??

Захарије Радивојевић

Електротехнички Факултет

Универзитет у Београду

[email protected]

Documents

Semafori Konkurentno i Distribuirano Programiranje Slajdovi Racunarska Tehinka i Informatika