U9 Ringpuffer U9 Ringpuffer

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1 U9 Ringpuffer U9 Ringpuffer Parameter und Zustand Anzahl der Slots (hier: 12) Leserposition = Index des nächsten zu lesenden Slots (hier: 3) Schreiberposition = Index des nächsten zu schreibenden Slots (hier: 8) Slots als konsumierbare Betebsmittel Schreiber konsumiert freie Slots, produziert belegte Slots Leser konsumieren belegte Slots, produzieren freie Slots U9.1 U9-1 Ringpuffer: Basisoperationen U9-1 Ringpuffer: Basisoperationen Basisoperationen: [] = val; = ( + 1) % 12; pos = ; = (pos + 1) % 12; fd = [pos]; U9.2

2 U9-2 Über-/Unterlaufsituationen U9-2 Über-/Unterlaufsituationen Unterlauf: Alle vollen Slots wurden von Lesern konsumiert Leser hängen nun vom Fortschtt des Schreibers ab Überlauf: Alle freien Slots wurden vom Schreiber konsumiert Schreiber hängt nun vom Fortschtt der Leser ab Verwaltung des Betebsmittelbestands mit zählenden Semaphoren U9.3 U9-2 Über-/Unterlaufsituationen U9-2 Über-/Unterlaufsituationen: Synchronisation 5 7 Basisoperationen: P(); [] = val; = ( + 1) % 12; V(); pos = ; = (pos + 1) % 12; fd = [pos]; U9.4

3 5 7 Mehrere Leser können sich gleichzeitig in get() befinden pos = ; = (pos + 1) % 12; fd = [pos]; U rd nach dem Laden von verdrängt pos = ; = (pos + 1) % 12; pos: 3 fd = [pos]; U9.6

4 4 7 Ein zweiter Leser R2 bettt get() R2 pos = ; = (pos + 1) % 12; pos: 3 fd = [pos]; U R2 entnimmt Slot 3, rd auf 4 erhöht R2 pos = ; = (pos + 1) % 12; pos: 3 pos: 3 := 4 fd = [pos]; fd: [3] U9.8

5 3 9 komplettiert get() ebenfalls mit Slot 3 R2 pos = ; = (pos + 1) % 12; pos: 3 := 4 pos: 3 := 4 fd = [pos]; fd: [3] fd: [3] U9.9 Inkrementieren des Leseindex nicht atomar Es existiert keine Abhängigkeit zschen den Lesern nicht-blockierende Synchronisation möglich hier mittels Compare-And-Swap (CAS) U9.1

6 12 Erhöhung des Leseindex mittels CAS /* iederhole... */ pos = ; /* Lokale Kopie des erts ziehen */ /* Folgewert lokal berechnen */ while(!cas(&, pos, npos)); /*...bis CAS erfolgreich */ fd = [pos]; U9. 12 Überlaufsituation: Schreiber blockiert, weil keine freien Slots verfügbar P(); pos = ; [] = val; = ( + 1) % 12; while(!cas(&, pos, npos)); fd = [pos]; V(); U9.12

7 sichert sich Leseposition 4, rd nach erfolgreichem CAS verdrängt P(); pos = ; [] = val; = ( + 1) % 12; while(!cas(&, pos, npos)); fd = [pos]; pos: 4 V(); U R2 durchläuft get() komplett, entnimmt Datum in Slot 5 R2 pos = ; while(!cas(&, pos, npos)); fd = [pos]; pos: 4 pos: 5 P(); [] = val; = ( + 1) % 12; V(); U9.14

8 Schreiber rd deblockiert, komplettiert add(), überschreibt Slot 4 R2 P(); pos = ; [] = val; = ( + 1) % 12; while(!cas(&, pos, npos)); fd = [pos]; pos: 4 pos: 5 V(); U9.15 Problem: FIFO-Entnahmeeigenschaft nicht vorhanden R2 pos = ; while(!cas(&, pos, npos)); fd = [pos]; pos: 4 pos: 5 P(); [] = val; = ( + 1) % 12; V(); U9.16

9 1 2 Lösung: Entnahme des Datums vor Durchführung von CAS pos = ; fd = [pos]; /* Datum bereits vorsorglich entnehmen */ while(!cas(&, pos, npos)); U9.17 U9-3 Vorteile nicht-blockierender Synchronisation Vorteile gegenüber sperrenden oder blockierenden Verfahren (Auswahl): konkurerende Fäden werden vom Scheduler nach dessen Kteen eingeplant rein auf Anwendungsebene: keine teuren Systemaufrufe durch Locks rd eine Abhängigkeit vom Halter des Locks geschaffen Halter des Locks rd möglicherweise im ktischen Abschnitt verdrängt der "Zweite", "Dtte", usw. werden durch den "Ersten" verzögert relevant vor allem in massiv parallelen Systemen im konkreten Anwendungsbeispiel kommen diese Vorteile nicht rklich zum Tragen Übungsbeispiel zum Begreifen des Konzepts U9.18