Prozeß P1 Prozeß P2. Zur Synchronisation stehen den beiden Prozessen binäre Semaphore und die beiden Funktionen

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1 Seite 8 A UFGABE 11 INTERP ROZEßKOMMUNIKATION Das folgende Petrinetz zeigt zwei verkoppelte Prozesse P1 und P2. Die Transitionen a und b beschreiben Aktionen von P1, die Transitionen c und d Aktionen von P2, die Stellen M, S1 und S2 sind Synchronisationsstellen zwischen den beiden Prozessen. M a S1 S2 c b d Prozeß P1 Prozeß P2 Zur Synchronisation stehen den beiden Prozessen binäre Semaphore und die beiden Funktionen zu Verfügung. Anfordern Semaphor S : P(S) Freigabe Semaphor S: V(S) a) Geben Sie das Programm der beiden Prozesse P1 und P2 in Pseudocode an. Zur Initialisierung der Semaphore wird ein eigenes Programm INIT realisiert. Gehen Sie davon aus, daß dieser Prozeß die Semaphore nach obigem Petrinetz korrekt initialisiert bevor P1 und P2 starten. program P1; program P2; var M,S1,S2 : Semaphor; var M,S1,S2 : Semaphor; b) Prüfen Sie das System auf Verklemmungsfreiheit indem Sie den Ereignisgraphen (Markierungsübergangsgraphen) zu dem Petrinetz erstellen und die Zustände markieren, in denen eine Verklemmung vorliegt.

2 Seite 9 c) Das verkoppelte System kann verklemmungsfrei realisiert werden, indem Sie die Ursache für die Ver-klemmung eleminieren. Geben Sie die Programme von P1 und P2 für ein verklemmungsfreies System an, wenn die Aktionen der beiden Prozesse die folgende Sequenz bilden sollen a b c d a b c d a... A UFGABE 12 Stellen Sie sich vor, Sie arbeiten mit einem Betriebssystem, daß zur Prozeßsynchronisation ausschließlich binäre Semaphore zur Verfügung stellt. Zur Synchronisation zweier Prozesse P1 und P2 brauchen Sie jedoch einen allgemeinen Semaphor. Sie müssen sich die entsprechenden Systemfunktionen P (Anfordern Semaphor) und V ( Freigeben Semaphor ) selbst schaffen. Zeigen Sie, wie man mit Hilfe von binären Semaphoren einen allgemeinen Semaphor realisieren kann. Ergänzen Sie die nachstehenden Programmfragmente so, daß zwei Prozeduren für die Semaphoroperationen P und V entstehen! Verwenden Sie zur Beschreibung eine PASCAL ähnliche Notation. Hinweis: Die Realisierung der allgemeinen Semaphore basiert auf der Idee eine globale Zählvariable SEMA mit einem Wertebereich { -n,...0,...n} zur Realisierung eines allgemeinen Semaphor einzuführen. Negative Werte von SEMA kennzeichnen die Anzahl von Prozessen deren P-Operation in den Zustand blockiert führte. Zum Schutz von kritischen Bereichen und zum Blockieren eines Prozesse werden zwei binäre Semaphore S und M benötigt. Vorgaben Prozeduren für binäre Semaphoroperationen : pbin (var s: binärer Semaphor) vbin (var s: binärer Semaphor) binäre Semaphore : S und M zählende Semaphorevariable : SEMA Wertebereich{-n,...0,...n}=ganze Zahl Zu realisierende Prozeduren für allgemeine Semaphore: P () und V() Ergänzen Sie die nachstehenden Programmfragmente, so daß zwei Prozeduren für die allgemeinen Semaphoroperationen P und V entstehen! Verwenden Sie zur Beschreibung eine PASCAL ähnliche Notation. Setzen Sie dabei die Aktualparameter entsprechend der binären Semaphorvariablen ein, die Sie verwenden. Anfangswerte der Variablen Gehen Sie bei Ihren Überlegungen davon aus, daß die Semaphore und die globale Variablen wie folgt vorbelegt sind: M = 1; S =0 SEMA = 0

3 Seite 10 Prozedurfragmente zur Vervollständigung p ( ) v ( ) if (SEMA < 0) then if (SEMA < 0) then end else end else Aufgabe 13 Sie arbeiten mit einem Betriebssystem, in dem zur Interprozesskommunikation binäre und allgemeine Semaphore ( nur mit Flusszahl=1) verwendet werden können. Das Betriebssystem stellt 16 binäre und 8 allgemeine Semaphore zu Verfügung. Ein binärer Semaphor wird über eine Nummer zwischen 0 und 15, ein allgemeiner Semaphor durch eine Nummer zwischen 16 und 23 angesprochen. Über die Betriebssystemfunktionen Pbin(Semaphornummer) und Vbin(Semaphornummer) kann man die binären Semaphore nutzen. Mit P(Semaphornummer) und V(Semaphornummer) benutzt man die allgemeinen Semaphore. Beschreiben Sie den Algorithmus, wie das Betriebssystem die beiden Funktionen für binäre Semaphore, Pbin() und Vbin(), realisiert. Geben Sie die Programmstücke von Pbin und Vbin jeweils durch ein Programmstück in Pseudocode an. Welche Datenstrukturen bzw. Variablen benötigt das Betriebssystem zusätzlich zu den Semaphorvariablen?

4 Seite 11 void Pbin(unsigned int sema) { void Vbin(unsigned int sema) { } } A UFGABE 14 Sie wollen Ihr Betriebssystem um allgemein Semaphore erweitern und sollen dazu die indirekte Nachrichtenkommunikation zur Realisierung benutzen. Dazu müssen Sie zwei Funktionen P ( Semaphor S ) und V ( Semaphor S ) programmieren und in einem vorübersetzten Modul als Objekte den Prozessen zu Verfügung stellen. Einen zusätzlichen Prozeß zur Verwaltung von Semaphoren wird nicht benötigt Über diese beiden Funktionen kann ein Prozeß immer nur genau einen Semaphor beantragen oder freigeben ( Flußzahl = 1 ). Wie wird ein Semaphor im System realisiert? Wie sind die beiden Funktionen P() und V() zu realisieren,wenn sie die beiden Systemfunktionen send(mailbox,nachricht) und recieve(mailbox,nachrichtenpuffer) zu Verfügung haben. procedure P( Semaphor S ) procedure V( Semaphor S )

5 Seite 12 A UFGABE 15 Auf Ihrem Rechensystem soll ein Weckdienst installiert werden. Dieser Weckdienst soll durch eine reentrant Prozedur " WakeMe " und ein Systemprozeß " Clock " realisiert werden. Ein Prozeß, der sich für eine endliche Zeit selbst blockieren will, kann dies durch Aufruf der Prozedur WakeMe erreichen. Die Wartezeit des Prozesses wird als Parameter dieser Prozedur ist eine ganze Zahl, die die Wartezeit in Anzahl von Zeiteinheiten ( clock ticks ) angibt. Der Prozeß clock wird periodisch bei jedem Timer-Interrupt aktiviert. Die Synchronisation zwischen Benutzerprozeß, Prozeß clock und Interruptroutine erfolgt über binäre Semaphore. In einer globalen Variablen count wird die Anzahl der wartenden Prozesse gespeichert. Der Prozeß clock deblockiert nach jedem Timer IR die wartenden Benutzerprozesse, so daß diese Ihre verbleibende Wartezeit korrigieren können und bei Ablauf der Wartezeit weiter arbeiten können. Die Prozedur WakeMe und der Prozeß clock sind wie folgt implementiert: Vereinbarte Semaphore zur Synchronisation: MUTEX: semaphor=1; WAIT: semaphor=0; QUIT: semaphor=0; TICK: semaphor=0; Benötigte globale Variable zum Speichern der Anzahl von wartenden Prozessen count: integer = 0; procedure WakeMe(time : integer) while ( time > 0 ) do P(MUTEX); count := count + 1; P(WAIT); V(MUTEX); V(QUIT); time := time -1; process clock while ( TRUE )do P(TICK); P(MUTEX); while ( count > 0 ) do V(WAIT); P(QUIT); count := count -1 ; V(MUTEX); Analysieren Sie die beiden Programme. Ist die Synchronisation korrekt oder können Fehler auftreten. Wenn ja welche Fehler und wie sind diese zu beheben?.