सिग्नल चर पर गतिरोध के खिलाफ व्यंजनों

शुभ दिन, प्रिय Habrausers!

इस पोस्ट के साथ, मैं विकसित किए जा रहे बहुस्तरीय कार्यक्रमों की स्वच्छता और सुरक्षा के लिए संघर्ष के उद्देश्य से लेखों की एक श्रृंखला जारी रखता हूं।

चित्रा 1 - सिग्नल चर की भागीदारी के साथ 1 प्रकार का पारस्परिक अवरुद्ध।

इस पोस्ट के हिस्से के रूप में, हम सिग्नल चर का उपयोग करते समय आने वाली समस्याओं को देखेंगे, और बताएंगे कि उन्हें कैसे टाला जा सकता है।

आपकी अनुमति के साथ, मैं लंबे परिचय को छोड़ दूंगा, उम्मीद है कि आप पहले से ही पिछले पोस्ट से परिचित हैं और हम समान रूप से समझते हैं:

1. गतिरोध क्या है?
2. एक मल्टीथ्रेड प्रोग्राम का "ट्रांज़िशन मॉडल" कैसे बनाया जाता है और इसे कैसे पढ़ा जाता है।
3. म्यूटेक्स का उपयोग करते समय गतिरोध से कैसे बचें।

तो, एक संकेत चर (या एक स्थिति चर) एक सिंक्रनाइज़ेशन उपकरण है जो एक धागे को एक निश्चित शर्त के लिए दूसरे धागे से पूरा होने की प्रतीक्षा करने की अनुमति देता है।

मल्टी-थ्रेडेड प्रोग्राम ट्रांज़िशन मॉडल का विस्तार

बहु-थ्रेडेड प्रोग्राम का वर्णन करते समय जो केवल म्यूटेक्स को कैप्चर करने और जारी करने के संचालन पर काम करता है, हमें केवल अंकन की आवश्यकता थी - एल (लॉक) और यू (अनलॉक)। नए प्रचालन के साथ हमारे संक्रमण मॉडल का विस्तार करने का समय है:

• डब्ल्यू (प्रतीक्षा करें, प्रतीक्षा करें) - उस विषय (थ्रेड) को डालता है जिसने इस ऑपरेशन को इसी सिग्नल चर से सिग्नल की स्टैंडबाय स्थिति में पहुंचा दिया। एक ही संकेत चर के लिए, असीमित संख्या में लंबित धागे हो सकते हैं।
• ई (उत्सर्जन, भेजें) - एक संकेत चर द्वारा एक संकेत भेजता है। एक संकेत केवल इसके लिए प्रतीक्षा कर रहे धाराओं में से एक प्राप्त कर सकता है, कुल प्रतीक्षा की संख्या की परवाह किए बिना, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि किस धागे ने उत्सर्जक संचालन किया।
• बी (प्रसारण) - संबंधित सिग्नल चर पर एक संकेत के लिए प्रतीक्षा कर रहे सभी धाराओं के लिए एक संकेत भेजता है, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि किस धारा ने प्रसारण ऑपरेशन किया।

सिग्नल प्राप्त करने वाली धाराएं जाग जाती हैं और श्रृंखला के साथ आगे भी अपना निष्पादन जारी रखती हैं। यदि सिग्नल भेजने के क्षण में एक भी प्रतीक्षा उपभोक्ता स्ट्रीम नहीं है, तो सिग्नल को केवल अनदेखा कर दिया जाता है, जबकि सिग्नल भेजने के तथ्य को याद नहीं किया जाता है। इसलिए, यदि कोई थ्रेड एक ऑपरेशन W करता है, तो इसे तब तक प्रतीक्षा की स्थिति में रखा जाएगा, जब तक कि सिग्नल फिर से नहीं भेजा जाता है।

हम पहले से माने गए ऑपरेशन L और U के साथ सादृश्य बना सकते हैं। ऑपरेशन W में म्यूटेक्स L को कैप्चर करने के ऑपरेशन के साथ सामान्य विशेषताएं हैं, इस अंतर के साथ कि L केवल स्ट्रीम को पहले से ही कैप्चर किए गए Tutex पर पुन: कब्जा करने के प्रयास के मामले में स्ट्रीम को निष्पादित करता है, और W हमेशा स्ट्रीम के निष्पादन को अवरुद्ध करता है। ऑपरेशन ई और बी में म्यूटेक्स यू को जारी करने के संचालन के साथ सामान्य विशेषताएं हैं। इस प्रकार, एक सिग्नल चर को एक नियमित म्यूटेक्स के रूप में दर्शाया जा सकता है, सिवाय इसके कि कैप्चर ऑपरेशन एक धागे द्वारा और दूसरे द्वारा जारी किया जाता है।

ध्यान दें कि व्यवहार में, एक संकेत चर अक्सर म्यूटेक्स के साथ संयोजन में उपयोग किया जाता है (उदाहरण के लिए, लिबरप्रेड लाइब्रेरी में)। मॉडल का निर्माण करते समय, हम मानते हैं कि म्यूटेक्स, जो सिग्नल चर के उपयोग के साथ आंतरिक रूप से जुड़ा हुआ है, ऑपरेशन डब्ल्यू, ई, और बी के तर्क में ध्यान में रखा जाता है।

खतरा कहां है?

एक सिग्नल चर दो मामलों में से एक में गतिरोध पैदा कर सकता है।

सिग्नल चर पहली तरह के आपसी अवरोध का कारण होता है यदि Kth स्ट्रीम Ith सिग्नल चर पर पहुंचने के लिए सिग्नल की प्रतीक्षा कर रही है, जबकि Kth स्ट्रीम कुछ म्यूटेक्स को पकड़ लेती है, जो (सीधे या परोक्ष रूप से) Ith के लिए भेजने वाले सिग्नल को ब्लॉक कर देता है अन्य संस्थाओं से परिवर्तनशील स्थिति (चित्र 1)।

एक सिग्नल वैरिएबल दूसरी तरह के म्यूचुअल ब्लॉकिंग का कारण होता है यदि Kth स्ट्रीम I-th सिग्नल वैरिएबल पर सिग्नल के आने का इंतजार कर रही है, और जो स्ट्रीम इस सिग्नल को भेज सकती हैं, वे J-th सिग्नल वेरिएबल पर पहुंचने के लिए सिग्नल का इंतजार कर रहे हैं, जिसे K भेजना चाहिए। वें धारा (चित्र 2)।


चित्रा 2 - एक संकेत चर की भागीदारी के साथ 2 प्रकार का पारस्परिक अवरुद्ध।

सिग्नल चर के सुरक्षित उपयोग के लिए दो नियम

स्थापित परंपरा के अनुसार, हम दो नियम बनाते हैं जो हमें ऊपर वर्णित स्थितियों से बचने की अनुमति देंगे।

नियम १

एक संकेत चर दूसरे प्रकार के गतिरोध का कारण नहीं बन सकता है यदि प्रत्येक धारा जो किसी भी संकेत चर के लिए एक स्रोत धारा है, कोई संकेत चर के लिए एक उपभोक्ता स्ट्रीम नहीं है।

हम सिग्नल चर के लिए एक उपभोक्ता स्ट्रीम को एक स्ट्रीम कहते हैं जिसकी निष्पादन श्रृंखला में सिग्नल के कम से कम एक ऑपरेशन डब्ल्यू होता है जो इस सिग्नल चर के लिए प्रतीक्षा करता है।

आइए हम एक निश्चित स्थिति चर के लिए स्रोत स्ट्रीम को एक धारा कहते हैं जिसकी निष्पादन श्रृंखला में कम से कम एक ऑपरेशन ई या बी होता है जो इस सिग्नल चर के साथ एक संकेत भेजता है।

नियम २

सच कहूँ तो, मुझे दूसरा नियम तैयार करने में कुछ कठिनाइयाँ हुईं, क्योंकि हमारे अध्ययनों में, यह उन अवधारणाओं और परिभाषाओं को चित्रित करता है, जिन्हें मैंने प्रस्तुति को सरल बनाने के लिए इस पोस्ट के ढांचे में परिचय नहीं दिया था। यहाँ क्या हुआ:

सिग्नल वेरिएबल एक प्रकार के मल्टीथ्रेडेड प्रोग्राम के आपसी अवरोध का कारण नहीं बन सकता है जो म्यूटेक्स के सुरक्षित उपयोग के लिए नियमों का अनुपालन करता है, यदि प्रत्येक थ्रेड के किसी भी निष्पादन संस्करण के किसी भी डायनेमिक्स के लिए जहां एक निश्चित सिग्नल वेरिएबल से सिग्नल की उम्मीद की जाती है, कॉल के समय इस थ्रेड द्वारा कैप्चर किए गए सभी मेटाट्स यह संकेत चर इस संकेत चर के लिए एक संकेत भेजने वाले कम से कम एक धागे के किसी भी म्यूटेक्स के साथ अधिक से अधिक संबंध परिमाण के एक आदेश से जुड़ा नहीं है।

यह, संक्षेप में, इसका अर्थ है कि जब तक हमारा धागा डब्ल्यू की कॉल पर "सो गया" था, तब तक उसने एक भी म्यूटेक्स पर कब्जा नहीं किया था जिसे "हमें जगाने" के लिए ई या बी भेजने की आवश्यकता हो सकती है।

दायरे का विस्तार

अंत में, मुझे इस तथ्य पर ध्यान आकर्षित करना चाहिए कि आपको विशेष रूप से एक तरह की भाषा आदिम के रूप में सिग्नल चर का अनुभव नहीं करना चाहिए, उदाहरण के लिए, pthread_cond (libpthread पुस्तकालय)। एक सिग्नल चर एक कार्यात्मक डिजाइन है जो आपको एक धागे में प्रतीक्षा करने के लिए व्यवस्थित करने की अनुमति देता है कुछ शर्त किसी अन्य धागे द्वारा पूरी की जा सकती है।

इस तरह के एक कार्यात्मक निर्माण का एक महत्वपूर्ण विशेष मामला किसी अन्य धागे के पूरा होने की प्रतीक्षा करने के लिए प्रतीक्षा (या जुड़ने) के लिए कॉल है। यह उम्मीद अक्सर गतिरोध श्रृंखला में एक भागीदार होती है, लेकिन यदि आप इस सिंक्रनाइज़ेशन आदिम को विचार से बाहर करते हैं, तो इस तरह के लॉक को ठीक करना असंभव है। आपके मल्टी-थ्रेडेड प्रोग्राम के ट्रांज़िशन मॉडल का निर्माण करते समय इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए!

जल्द ही "स्क्रीन पर"

बहु-स्तरीय प्रोग्रामिंग पर हमारी श्रृंखलाओं में उनकी रुचि के लिए प्रतिष्ठित हब्रासर्स के लिए धन्यवाद। मेरे लिए, यह समस्या की प्रासंगिकता और हमारे शोध के महत्व की एक और पुष्टि है। इससे अधिक से अधिक लेख लिखने की ताकत मिलती है। हमारी योजनाओं में:

1. "सॉफ्ट सिंक्रोनाइज़ेशन टूल्स" का उपयोग करके "डायनेमिक लॉक" के मुद्दों पर विचार करना (म्यूटेक्स को पकड़ने के लिए गैर-अवरुद्ध प्रयास, टाइमआउट के साथ सिग्नल चर पर सिग्नल की प्रतीक्षा करना)।
2. पिछले लेखों में प्रस्तुत किए गए शोधपत्रों की गणितीय नींव और साक्ष्य पर विचार।
3. "ट्रांज़िशन मॉडल", उदाहरण के लिए, ऑटोमेटा या पेट्री नेट्स के अलावा, मल्टीथ्रेडेड कार्यक्रमों के वैकल्पिक मॉडल पर विचार।

और भी बहुत कुछ, अगर यह ह्रब दर्शकों के लिए दिलचस्प बना रहेगा। आपका ध्यान और रुचि के लिए धन्यवाद! कार्यक्रम सुरक्षित रूप से!