Aufgabenblatt 6 Musterlösung

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Laura Tiedeman
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1 Prof. Dr. rer. nat. Roland Wismüller Aufgabenblatt 6 Musterlösung Vorlesung Betriebssysteme I Wintersemester 2018/19 Aufgabe 1: Implementierung von Threads (Bearbeitung zu Hause) Der größte Vorteil ist die Effizienz. Es werden keine Einsprünge in den Betriebssystem-Kern benötigt, um eine Threadwechsel vorzunehmen. Der größte Nachteil ist, daß der ganze Prozeß blockiert, sobald einer der Threads blockiert. Aufgabe 2: POSIX Threads (Bearbeitung in der Übungsstunde) #include <unistd.h> // for sleep #include <stdio.h> // for printf #include <stdlib.h> // for exit() #include <pthread.h> // POSIX threads #include <string.h> // string functions: strcpy void * print_message(void *ptr); // prototype for thread routine typedef struct _threaddata // data to be passed to a thread int thread_id; char message[100]; threaddata; int main() pthread_t thread1, thread2; // thread variables threaddata data1, data2; // own structs to be passed to the threads // set data to pass to first thread data1.thread_id = 1; strcpy(data1.message, "Hello!"); // set data to pass to second thread data2.thread_id = 2; strcpy(data2.message, "Hi!"); // create both threads if ( (pthread_create(&thread1, NULL, print_message, (void *) &data1)!= 0) (pthread_create(&thread2, NULL, print_message, (void *) &data2)!= 0)) printf("thread creation failed\n"); exit(1); printf("main thread\n"); 1

2 /* */ Main thread now waits for both threads to terminate, before it exits. If main thread exits, both threads exit, even they have not finished their work (check this by by removing the pthread_join calls.) pthread_join(thread1, NULL); pthread_join(thread2, NULL); exit(0); /* * print_message is used as the start routine for the threads used * Params: ptr - pointer to the thread s data */ void *print_message(void *ptr) threaddata *data; data = (threaddata *) ptr; // cast to a pointer to threaddata // do some job: display a message int i; for (i=1; i<20; i++) printf("thread %d says %s \n", data->thread_id, data->message); sleep(data->thread_id); // sleep for a while... return NULL; Aufgabe 3: Java Threads (Bearbeitung in der Übungsstunde) a) // The thread class for printing a specified character public class DisplayChar implements Runnable private char chartodisplay; // The character to print private int times; // The times to repeat // Construct a thread with specified character and number of // times to print the character public DisplayChar(char c, int t) chartodisplay = c; times = t; // Implement the run() method public void run() for (int i = 0; i < times; i++) // Zum Ausprobieren: Threads schlafen legen // Versuchen Sie auch Thread.yield() statt sleep(). if (i == 50) System.out.print(Character.toUpperCase(charToDisplay)); try Thread.sleep(100); catch (InterruptedException e) 2

3 else System.out.print(charToDisplay); // Wichtig, damit Ausgaben sofort erscheinen System.out.flush(); public static void main(string[] args) Thread ta = new Thread(new DisplayChar( a, 100)); Thread tb = new Thread(new DisplayChar( b, 100)); Thread tc = new Thread(new DisplayChar( c, 100)); Thread td = new Thread(new DisplayChar( d, 100)); // Start threads ta.start(); tb.start(); tc.start(); td.start(); Aufgabe 4: Threads mit gemeinsamen Variablen (Bearbeitung in der Übungsstunde) // Diese Klasse enthält eine Integer Variable, die von allen // Threads genutzt werden kann. class CommonVar public int i; public CommonVar() i = 0; // Thread-Klasse public class Test extends Thread private CommonVar cvar; // Konstruktor initialisiert Referenz auf gemeinsame Variable public Test(CommonVar c) cvar = c; // Implementierung der run() Methode public void run() for (int i = 0; i < ; i++) cvar.i++; public static void main(string[] args) throws InterruptedException 3

4 CommonVar c = new CommonVar(); Thread t1 = new Test(c); Thread t2 = new Test(c); // Starte Threads t1.start(); t2.start(); // Warte auf Thread-Ende t1.join(); t2.join(); // Drucke c.i System.out.println(c.i); Programm ausführen: Der Prozessor führt das Hochzählen in drei Schritten durch: erst wird der alte Wert aus dem Speicher geladen, dann wird er hochgezählt, dann wieder in den Speicher geschrieben. Es kann daher vorkommen, daß zwei Threads (fast) gleichzeitig den alten Wert holen (also bevor der andere Thread ihn wieder speichern konnte). Dann geht mindestens eine Änderung (also eine Inkrementierung) verloren, so daß das Ergebnis kleiner als wird. Aufgabe 5: Wechselseitiger Ausschuss im Betriebssystem (Bearbeitung zu Hause) Angenommen, eine CPU führt gerade Betriebssystem-Code im Systemmodus aus und ist in den kritischen Abschnitt eingetreten. Nun trifft ein Interrupt bei der CPU ein. Die CPU unterbricht daraufhin die Abarbeitung dieses Codes und springt in die entsprechende Interrupt-Behandlungsroutine. Wenn diese nun versucht, in den kritischen Abschnitt einzutreten, gelingt dies nicht, da der kritische Abschnitt schon belegt ist. Die CPU führt also eine Warteschleife aus. Das bedeutet aber, daß die Interrupt-Behandlungsroutine nicht zurückkehrt und damit der unterbrochene Code auch nicht weitergeführt wird. Also wird der kritische Abschnitt nie mehr frei und das System befindet sich in einem Deadlock. Aufgabe 6: Wechselseitiger Ausschluss: strikter Wechsel (Bearbeitung zu Hause) Nehmen wir an, Thread 0 ist wesentlich langsamer als Thread 1. Wenn Thread 0 die Variable turn auf 1 gesetzt hat, kann Thread 1 sofort in den kritischen Abschnitt eintreten, führt diesen schnell aus und beendet auch schnell den nichtkritischen Abschnitt. Da er dabei turn auf 0 setzt, muss er beim Erreichen der Schleife while(turn!= 1); warten, bis Thread 0 die Variable turn wieder auf 1 gesetzt hat, was aber sehr lange dauert. Oder anders gesagt, Thread 1 wird daran gehindert, in den kritischen Abschnitt einzutreten, obwohl sich kein Thread im kritischen Abschnitt befindet. 4

5 Aufgabe 7: Wechselseitiger Ausschluss: Strikter Wechsel (Bearbeitung zu Hause) int turn = 0; Thread i: while (true) while(turn!= i); KritischerAbschnitt(); turn = (i+1) % N;...; 5

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