Parallele Prozesse. Prozeß wartet

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1 Parallele Prozesse B-66 Prozeß: Ausführung eines Programmes in seinem Adressraum (zugeordneter Speicher) Parallele Prozesse: gleichzeitig auf mehreren Prozessoren laufende Prozesse p1 p2 verzahnte Prozesse: auf einem Prozessor abwechselnd laufende Prozesse; Prozeßumschaltung entweder durch einen Scheduler oder durch die Prozesse selbst p1 p2 Threads: Prozesse, die parallel oder verzahnt in einem gemeinsamen Adressraum ablaufen; Prozeßumschaltung ist besonders einfach und schnell. Synchronisation: Ein Prozeß muß auf Bedingungen warten, die ein anderer verursacht. Keine Annahmen über relative Geschwindigkeit der Prozesse! Kommunikation: Ein Prozeß schreibt Daten, die ein anderer liest. gemeinsamer Speicher: Variable synchronisiert schreiben und lesen verteilter Speicher: Botschaften senden und empfangen Anwendungen: GUI (Bedienung und Berechnung); Simulation, Animation; Leistungsteigerung durch Parallelrechner Prozeß wartet! " & ' ( ) * + +, + - *. + /, + 0 Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie : ; 8 8 < ) < 8 = > =? < 8 : : 8 = A 8?

2 Threads in Java B-67 Thread: vordefinierte Klasse; Objekte ihrer Unterklassen werden als Prozesse ausgeführt Unterklassen müssen die Methode public void run() mit dem Prozeß-Code überschreiben: class Client extends Thread {... public void run () { Das Thread-Objekt muß nach der Erzeugung explizit gestartet werden: Client c = new Client (...);... c.start();... Die Klasse Thread definiert u.a. folgende Methoden: public void stop () public void sleep (long m) public void yield () terminiert den Prozeß hält den Prozeß für m Millisekunden an gibt anderen Prozessen den Vortritt 7 8 B 8 C D B " = * + +,. - *. + /,. 0 Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie 67

3 Beispiel: unabhängige Prozesse B-68 import java.util.random; class TestThread { public static void main class MyThread extends Thread (String [] args) { MyThread (int id, int rd) { int no = 5, rd = 4; { ident = id; rounds = rd; for (int i = 0; i < no; i++) rand = new Random(); new MyThread(i,rd).start(); public void run () { while (rounds > 0) { System.out.println ("MyThread "+ident); try { sleep (Math.abs(rand.nextInt()) % ); catch (InterruptedException e) { // nötig wegen sleep rounds--; private Random rand; private int ident, rounds; B 8 D & =! B " = * + +,. - * + /,. 0 Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie 68

4 Synchronisation durch Monitore B-69 2 unterschiedliche Arten von Synchronisation: 1. gegenseitiger Ausschluß (mutual exclusion): Bestimmte kritische Programmabschnitte dürfen nicht von mehreren Prozessen gleichzeitig ausgeführt werden; z. B. nicht gleichzeitig auf einen Puffer zugreifen. 2. Bedingungssynchronisation: Ein Prozeß wartet, bis eine Bedingung erfüllt ist - verursacht durch einen anderen Prozeß; z. B. erst dann in einen Puffer schreiben, wenn er nicht voll ist. Monitor in Java: Objekt einer beliebigen Klasse, in der einige Methoden synchronized sind. Sie werden von Prozessen aufgerufen. Dabei ist der gegenseitige Ausschluß garantiert: Zu einem Objekt führt höchstens ein Prozeß eine synchronized Methode aus. Vordefinierte Methoden zur Bedingungssynchronisation (nur in synchronized Methoden): wait(): blockiert den Prozeß und gibt den Monitor frei notify(), notifyall(): weckt einen bzw. alle im Monitor blockierten Prozesse; sobald der Monitor frei ist können sie weiterlaufen. E. : ; 8 C = F 8 & ' + & ' / Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie 69 B E =,, 9 G H : 8 & < 6 I : F 8 8 < < A, 6 7 > < J F & ' / 9 * & J F < - 0 ; - 0?

5 Beispiel: Monitor zur Vergabe von Ressourcen B-70 Aufgabe: Eine Begrenzte Anzahl gleichartiger Ressourcen wird von einem Monitor verwaltet. Prozesse fordern einige Ressourcen an und geben sie später zurück. class Monitor { private int avail; // Anzahl verfügbarer Ressourcen Monitor (int a) { avail = a; synchronized void getelem (int n, int who) // n Elemente abgeben { System.out.println("Client"+who+" needs "+n+",available "+avail); while (avail < n) // Bedingung in Warteschleife prüfen { try { wait(); catch (InterruptedException e) { // try... catch nötig wegen wait() avail -= n; System.out.println("Client"+who+" got "+n+", available "+avail); synchronized void putelem (int n, int who) // n Elemente zurücknehmen { avail += n; System.out.println("Client"+who+" put "+n+",available "+avail); notifyall(); // Alle Wartenden können die Bedingung erneut prüfen B " E & F K < 8 J F " * + +, / - *. + /, / 0 G H : 8 & F 6 7 L < - 0 : 8? 6 7 < L - 0 ; - 0 <? Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie 70

6 Beispiel: Prozesse und Hautprogramm zu B-70 import java.util.random; B-71 class Client extends Thread { private Monitor mon; private Random rand; private int ident, rounds, max; Client (Monitor m, int id, int rd, int avail) { ident = id; rounds = rd; mon = m; max = avail; rand = new Random(); // Neuer Zufallszahlengenerator public void run () { while (rounds > 0) { int m = Math.abs(rand.nextInt()) % max + 1; mon.getelem (m, ident); // m Elemente anfordern try { sleep (Math.abs(rand.nextInt()) % ); catch (InterruptedException e) { mon.putelem (m, ident); rounds--; // m Elemente zurückgeben class TestMonitor { public static void main (String[] args) { int avail = 20; Monitor mon = new Monitor (avail); for (int i = 0; i < 5; i++) new Client(mon,i, 4,avail).start(); Vorlesung Informatik B SS 98 / Folie 71 M = & N ( B " =