Аналогия основана на гипотетической парикмахерской с одним парикмахером. У парикмахера есть одно рабочее место и приемная со многими стульями. Когда парикмахер заканчивает подстригать клиента, он отпускает клиента и затем идет в приёмную, чтобы посмотреть, есть ли ждущие клиенты. Если есть, он приглашает одного из них и стрижет его. Если ждущих клиентов нет, он возвращается к своему креслу и спит в нем.
Каждый приходящий клиент смотрит на то, что делает парикмахер. Если парикмахер спит, то клиент будит его и садится в кресло. Если парикмахер работает, то клиент идет в приёмную. Если есть свободный стул в приёмной, клиент садится и ждёт своей очереди. Если свободного стула нет, то клиент уходит. Основываясь на наивном анализе, вышеупомянутое описание должно гарантировать, что парикмахерская функционирует правильно с парикмахером, стригущим любого пришедшего, пока есть клиенты, и затем спящим до появления следующего клиента. На практике есть много проблем, которые могут произойти, которые иллюстрируют общие проблемы планирования.
Все проблемы связаны с фактом, что все действия и парикмахера, и клиента (проверка приёмной, вход в парикмахерскую, занятие места в приёмной, и т. д.) занимают неизвестное количество времени. Например, клиент может войти и заметить, что парикмахер работает, тогда он идет в приёмную. Пока он идет, парикмахер заканчивает стрижку, которую он делает и идет, чтобы проверить приемную. Так как там никого нет (клиент еще не дошел) он возвращается к своему месту и спит. Парикмахер теперь ждет клиента, и клиент ждет парикмахера. В другом примере два клиента могут прибыть в то же самое время, когда в приемной есть единственное свободное место. Они замечают, что парикмахер работает, идут в приёмную, и оба пытаются занять единственный стул.
Проблема спящего парикмахера часто приписывается Эдсгеру Дейкстра (1965), одному из пионеров информатики.
Доступно множество возможных решений. Основной элемент каждого - mutex , который гарантирует, что изменить состояние (state ) может только один из участников. Парикмахер должен захватить это mutex исключение, прежде чем проверить клиентов, и освободить его, когда он начинает или спать, или работать. Клиент должен захватить mutex, прежде чем войти в магазин, и освободить его, как только он займет место или в приемной, или у парикмахера. Это устраняет обе проблемы, упомянутые в предыдущей секции. Семафоры также обязаны указывать на состояние системы. Например, можно было бы сохранить число людей в приемной.
У варианта с несколькими парикмахерами есть дополнительная сложность координирования нескольких парикмахеров среди ждущих клиентов.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Действие еще одной классической проблемной ситуации межпроцессного взаимодействия разворачивается в парикмахерской. В парикмахерской есть один брадобрей, его кресло и n стульев для посетителей. Если желающих воспользоваться его услугами нет, брадобрей сидит в своем кресле и спит. Если в парикмахерскую приходит клиент, он должен разбудить брадобрея. Если клиент приходит и видит, что брадобрей занят, он либо садится на стул (если есть место), либо уходит (если места нет). Необходимо запрограммировать брадобрея и посетителей так, чтобы избежать состояния состязания. У этой задачи существует много аналогов в сфере массового обслуживания, например информационная служба, обрабатывающая одновременно ограниченное количество запросов, с компьютеризированной системой ожидания для запросов.
В предлагаемом решении используются три семафора: customers, для подсчета ожидающих посетителей (клиент, сидящий в кресле брадобрея, не учитывается); barbers, количество брадобреев (0 или 1), простаивающих в ожидании клиента, и mutex для реализации взаимного исключения. Также используется переменная waiting, предназначенная для подсчета ожидающих посетителей.
Она является копией переменной customers. Присутствие в программе этой переменной связано с тем фактом, что прочитать текущее значение семафора невозможно. В этом решении посетитель, заглядывающий в парикмахерскую, должен сосчитать количество ожидающих посетителей. Если посетителей меньше, чем стульев, новый посетитель остается, в противном случае он уходит.
Планирование процессов. Задачи алгоритмов планирования.
Когда компьютер работает в многозадачном режиме, на нем могут быть активными несколько процессов, пытающихся одновременно получить доступ к процессору. Эта ситуация возникает при наличии двух и более процессов в состоянии готовности. Если доступен только один процессор, необходимо выбирать между процессами. Отвечающая за это часть операционной системы называется планировщиком , а используемый алгоритм - алгоритмом планирования .
Планирование - это разделение вычислительных ресурсов системы между процессами и потоками.
Практически все процессы чередуют периоды вычислений с операциями (дисковыми) ввода-вывода. Обычно процессор некоторое время работает без остановки, затем происходит системный вызов на чтение из файла или запись в файл. После выполнения системного вызова процессор опять считает, пока ему не понадобятся новые данные или не потребуется записать полученные
данные и т. д.
Ключевым вопросом планирования является выбор момента принятия решений. Оказывается, существует множество ситуаций, в которых необходимо планирование.
Во-первых, когда создается новый процесс, необходимо решить, какой процесс запустить: родительский или дочерний. Поскольку оба процесса находятся в состоянии готовности, эта ситуация не выходит за рамки обычного и планировщик может запустить любой из двух процессов.
Во-вторых, планирование необходимо, когда процесс завершает работу. Этот процесс уже не существует, следовательно, необходимо из набора готовых процессов выбрать и запустить следующий. Если процессов, находящихся в состоянии готовности, нет, обычно запускается холостой процесс, поставляемый системой.
В-третьих, когда процесс блокируется на операции ввода-вывода, семафоре, или по какой-либо другой причине, необходимо выбрать и запустить другой процесс. Иногда причина блокировки может повлиять на выбор. Например, если А -
важный процесс и он ожидает выхода процесса В из критической области, можно запустить следующим процесс В, чтобы он вышел из критической области и позволил процессу Л продолжать работу. Сложность, однако, в том, что планировщик обычно не обладает информацией, необходимой для принятия правильного решения.
В-четвертых, необходимость планирования может возникнуть при появлении прерывания ввода-вывода. Если прерывание пришло от устройства ввода-вывода, закончившего работу, можно запустить процесс, который был блокирован в ожидании этого события. Планировщик должен выбрать, какой процесс запустить: новый, тот, который был остановлен прерыванием, или какой-то другой.
В различных средах требуются различные алгоритмы планирования. Это связано с тем, что различные операционные системы и различные приложения ориентированы на разные задачи. Другими словами, то, для чего следует оптимизировать планировщик, различно в разных системах. Можно выделить три среды:
1. Системы пакетной обработки данных.
2. Интерактивные системы.
3. Системы реального времени.
В системах пакетной обработки нет пользователей, сидящих за терминалами и ожидающих ответа. В таких системах приемлемы алгоритмы без переключений или с переключениями, но с большим временем, отводимым каждому процессу. Такой метод уменьшает количество переключений между процессами и улучшает эффективность.
В интерактивных системах необходимы алгоритмы планирования с переключениями, чтобы предотвратить захват процессора одним процессом. Даже если ни один процесс не захватывает процессор на неопределенно долгий срок намеренно, из-за ошибки в программе один процесс может заблокировать остальные. Для исключения подобных ситуаций используется планирование с переключениями.
В системах с ограничениями реального времени приоритетность, как это ни странно, не всегда обязательна, поскольку процессы знают, что их время ограничено, и быстро выполняют работу, а затем блокируются. Отличие от интерактивных систем в том, что в системах реального времени работают только программы, предназначенные для содействия конкретным приложениям. Интерактивные системы являются универсальными системами. В них могут работать произвольные программы, не сотрудничающие друг с другом и даже враждебные по отношению друг к другу.
Задачи алгоритмов планирования.
Чтобы разработать алгоритм планирования, необходимо иметь представление о том, что должен делать хороший алгоритм. Некоторые задачи зависят от среды (системы пакетной обработки, интерактивные или реального времени), но есть задачи, одинаковые во всех системах. Список задач представлен в таблице.
Планирование в системах пакетной обработки данных.
«Первым пришел - первым обслужен»
Процессам предоставляется доступ к процессору в том порядке, в котором они его запрашивают. Чаще всего формируется единая очередь ждущих процессов. Как только появляется первая задача, она немедленно запускается и работает столько, сколько необходимо. Остальные задачи ставятся в конец очереди. Когда текущий процесс блокируется, запускается следующий в очереди, а когда блокировка снимается, процесс попадает в конец очереди.
Основным преимуществом этого алгоритма является то, что его легко понять и столь же легко программировать.
Недостатком является абсолютная неоптимизированность планирования.
«Кратчайшая задача - первая»
Рассмотрим еще один алгоритм без переключений для систем пакетной обработки, предполагающий, что временные отрезки работы известны заранее. Если в очереди есть несколько одинаково важных задач, планировщик выбирает первой самую короткую задачу.
Преимущество алгоритма заключается в оптимизации задачи.
Недостатком является то, что эта схема работает лишь в случае одновременного наличия задач.
Похожая информация.
Размер: px
Начинать показ со страницы:
1 Классические задачи синхронизации, ч. 2 Читатели и писатели Производители и потребители Спящий парикмахер
2 Читатели и писатели Дана некоторая разделяемая область память К этой структуре данных может обращаться произвольное количество «читателей» и произвольное количество «писателей» Несколько читателей могут получить доступ одновременно, писатели в этот момент не допускаются Только один писатель может получить доступ, другие писатели и читатели должны ждать
3 Решение 1 Первое решение: читатель может войти в критическую секцию, если нет писателей Это решение несправедливо, так как отдает предпочтение читателям Плотный поток запросов от читателей может привести к тому, что писатель никогда не получит доступа к критической секции: ситуация «голодания» (starvation)
4 Решение 2 Отдадим предпочтение писателям, то есть читатель не входит в критическую секцию, если есть хотя бы один ожидающий писатель pthread_mutex_t m; pthread_cond_t cw, cr; int rcnt, wcnt; int wwcnt; // число ожидающих писателей void rdlock() { pthread_mutex_lock(&m); while (wcnt > 0 wwcnt > 0) pthread_cont_wait(&cr, &m); rcnt++; pthread_mutex_unlock(&m); }
5 Решение 2 void wrlock() { pthread_mutex_lock(&m); while (wcnt > 0 rcnt > 0) { wwcnt++; pthread_cond_wait(&cw, &m); wwcnt--; } wcnt++; pthread_mutex_unlock(&m); } void unlock() { // }
6 Решение 2 Данное решение отдает приоритет писателям, и тоже несправедливо Возможно «голодание» (starvation) читателей Третье решение: не отдавать никому приоритета, просто использовать мьютекс
7 Производители-потребители (producer-consumer problem) Дан буфер фиксированного размера (N), в котором размещается очередь. Производители добавляют элементы в конец очереди, если буфер заполнился, производители засыпают Потребители забирают элементы из начала очереди, если буфер пуст, потребители засыпают
8 Производители-потребители int buf[n]; int head, tail; pthread_mutex_t m; pthread_cond_t cc; // consumer condvar pthread_cond_t pc; // producer condvar void put(int x) { pthread_mutex_lock(&m); while ((tail + 1) % N == head) pthread_cond_wait(&pc, &m); buf = x; tail = (tail + 1) % N; if ((head + 1) % N == tail) pthread_cond_signal(&cc); pthread_mutex_unlock(&m); }
9 Производители-потребители int get(void) { int val; pthread_mutex_lock(&m); while (head == tail) pthread_cond_wait(&cc, &m); val = buf; if ((tail + 1) % N == head) pthread_cond_signal(&pc); head = (head + 1) % N; pthread_mutex_unlock(&m); return val; }
10 Спящий парикмахер (sleeping barber) В парикмахерской имеется одно кресло для стрижки и N кресел для ожидающих посетителей Если нет посетителей, парикмахер спит Если приходит посетитель и кресло для стрижки свободно, посетитель садится в него и парикмахер начинает его стричь В противном случае посетитель садится в кресло для ожидающих Если все кресла заняты, посетитель уходит
11 Спящий парикмахер pthread_mutex_t m; pthread_t chair_thr; // кого стрижем int wait_cnt; // сколько посетителей ожидают pthread_cond_t bc; // barber condvar pthread_cond_t cc; // consumer condvar void barber(void) { while (1) { pthread_mutex_lock(&m); while (chair_thr == NULL && wait_cnt == 0) pthread_cond_wait(&bc, &m); pthread_mutex_unlock(&m); make_haircut(); pthread_mutex_lock(&m); chair_thr = NULL; pthread_cond_signal(&cc); pthread_mutex_unlock(&m); }}
12 Спящий парикмахер int consumer(void) { pthread_mutex_lock(&m); if (chair_thr!= NULL && wait_cnt == N) { // no space, leaving pthread_mutex_unlock(&m); return -1; } while (chair_thr!= NULL) { wait_cnt++; pthread_cond_wait(&cc, &m); wait_cnt--; } chair_thr = pthread_self(); pthread_cond_signal(&bc); pthread_mutex_unlock(&m); get_haircut(); return 0; }
13 Обнаружение тупиков Process 1: lock(&a); lock(&b); Process 2: lock(&b); lock(&a); Process 1 A Process 2 B Захваченный ресурс дуга от процесса к ресурсу Ожидаемый ресурс дуга от ресурса к процессу Если в графе есть цикл, система попала в состояние тупика
14 Группы процессов Группа процессов процессы, объединенные для выполнения задачи (например, для выполнения конвейера) Группа процессов выступает как единое целое при Получении сигналов, в особенности, от терминала (например, Ctrl-C SIGINT) При работе с терминалом (основная и фоновые группы процессов) Идентификатор группы процессов это идентификатор одного из процессов в группе
15
Создание группы #include
16 Создание группы, особые случаи setpgid(0, 0); Процесс создает новую группу процессов и помещает в нее себя (выполняется в сыне) setpgid(0, pgid); Процесс помещает себя в существующую группу процессов (в сыне) setpgid(pid, pid); Процесс создает новую группу процессов и помещает туда указанный процесс (в отце)
17 Группы процессов и терминал У терминала может быть одна основная группа процессов и произвольное количество фоновых групп процессов Основная группа процессов: Имеет право чтения с терминала (попытка чтения для фоновой группы процессов вызывает приостановку процесса фоновой группы) Получает сигналы SIGINT, SIGQUIT с терминала
18 Основная группа процессов терминала pid_t tcgetpgrp(int fd); int tcsetpgrp(int fd, pid_t pgrp); fd любой файловый дескриптор терминала (например, 0 стандартный ввод) tcsetpgrp устанавливает основную группу процессов терминала
19 Пример: ls -l wc -l int main(void) { pipe(fds); if (!(pid1 = fork())) { setpgid(0, 0); tcsetpgrp(0, getpid()); dup2(fds, 1); close(fds); close(fds); execlp("/bin/ls", "/bin/ls", "-l", NULL); } setpgid(pid1, pid1); tcsetpgrp(0, pid1); if (!(pid2 = fork())) { setpgid(0, pid1); dup2(fds, 0); close(fds); close(fds); execlp("/usr/bin/wc", "/usr/bin/wc", "-l", NULL); } setpgid(pid2, pid1); close(fds); close(fds); wait(0); wait(0); tcsetpgrp(0, getpgid(0)); return 0; }
20 Процессы-демоны
21 Планирование процессов Планировщик компонента ядра операционной системы Планировщик определяет, какой процесс из числа готовых к выполнению назначается на выполнение на ЦП Типы планировщиков: Пакетный Разделения времени Реального времени
22 Пакетное планирование Цель обеспечить максимальную пропускную способность ВС (то есть максимальное число выполненных задач) Ядро переключается с одного на другой процесс при следующих условиях: Выполнявшийся процесс завершил работу При выполнении возникла фатальная ошибка или процесс исчерпал отведенные ему ресурсы Выполнявший процесс инициировал операцию, которая не может быть выполнена немедленно Процесс запросил добровольное переключение
23 Планирование разделения времени Цель: разделить процессорное время между процессами, готовыми к выполнению Ядро переключается с одного процесса на другой при следующих условиях Процесс завершил работу При выполнении возникла ошибка Процесс инициировал операцию, которая не может быть выполнена немедленно Истек квант времени выполнения процесса Процесс запросил добровольное переключение
24 Классификация процессов По поведению «I/O-bound» - процесс выполняет активный обмен с внешними устройствами и проводит много времени в ожидании ввода-вывода (пример: веб-сервер, редактор текста) «CPU-bound» - процессы, интенсивно занимающие процессорное время (пример: компиляция программ, вычислительные задачи, рендеринг изображений и т. п.)
25 Классификация процессов По назначению: Интерактивные основное время проводят в ожидании пользовательского ввода, при поступлении ввода должны быстро активироваться, чтобы не было ощущения «торможения» Пакетные не ожидают ввода пользователя (компиляторы, численные приложения...)
26 Параметры планирования процессов разделения времени Значение nice: [-20, 19] чем меньше значение, тем выше приоритет. 0 приоритет по умолчанию Приоритет группы процессов: grpnice Приоритет пользователя: usrnice Полный приоритет: nice + grpnice + usrnice отсеченное по интервалу [-20; 19] Нормализованный приоритет normprio = 20 - fullnice, находится в интервале чем больше значение, тем больше приоритет
27 Планирование в Linux Планирование процессов разделено на эпохи В начале каждой эпохи каждому процессу назначается базовый квант base_quantum = normprio/4 + 1 counter число «неотработанных» квантов в эпохе, изначально counter = base_quantum За каждый квант, когда процесс выполняется, значение counter уменьшается на 1 Приоритет: priority = counter + normprio Выбирается процесс с наибольшим приоритетом
28 Планирование в Linux Эпоха заканчивается, когда у всех готовых к выполнению процессов counter == 0 В начале очередной эпохи: base_quantum = counter/2 + normprio/4 + 1 Таким образом приоритет отдается I/O-bound процессам
29 Планирование реального времени Цель: обеспечить минимальное время отклика, то есть время от наступления события до постановки на выполнение процесса, ожидающего этого события Виды планирования реального времени На основе фиксированного расписания На основе статических приоритетов
30 Планирование реального времени Ядро переключается с одного процесса на другой при следующих условиях Процесс завершил работу При выполнении возникла ошибка Процесс инициировал операцию, которая не может быть выполнена немедленно Готов к выполнению процесс с большим приоритетом Истек квант времени выполнения процесса Процесс запросил добровольное переключение
31 Статический приоритет Каждый процесс реального времени имеет статический приоритет Процессы разделения времени имеют статический приоритет 0, то есть назначаются на выполнение, только если нет готовых к выполнению процессов реального времени
32 Типы планирования р.в. SCHED_FIFO нет квантования времени, процесс выполняется, пока не появится более высокоприоритетный процесс, либо процесс не начнет ввод-вывод, либо не будет снят SCHED_RR (round-robin) выполнение квантуется, процессы одного приоритета выполняются по очереди
33 Инверсия приоритета (priority inversion) Предположим, что низкоприоритетный процесс P1 захватил некоторый ресурс R В это время стал готов к выполнению высокоприоритетный процесс P2, которому требуется ресурс R. Процесс P2 ожидает освобождения ресурса R процессом P1 В это время может быть назначен на выполнение среднеприоритетный процесс P3, который еще более отсрочит время освобождения ресурса R процессом P1
34 Инверсия приоритета Проблема возникает, потому что процессы, ожидающие освобождения ресурса неявно получают приоритет процесса, захватившего ресурс. Отсрочка выполнения высокоприоритетного процесса может иметь катастрофические последствия Однозначного решения проблемы не существует Возможный вариант: назначать процессу, захватившему ресурс, максимальный приоритет ожидающего процесса (наследование приоритета)
35 Управление приоритетами в Linux int nice(int inc); void sched_yield(void); int sched_setscheduler(pid_t pid, int policy, const struct sched_param *param);
Содержание 1 Управление заданиями (job control) 1 1.1 Основные концепции................................ 1 1.2 Дополнительность управления заданиями..................... 2 1.3 Управляющий терминал...............................
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского Факультет Вычислительной математики и кибернетики Операционные системы: аспекты параллелизма Планирование ЦП Линёв А.В. Тема обсуждения Потокам
Алгоритмы планирования потоков Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования Невытесняющие алгоритмы основаны на том, что активному потоку позволяется выполняться, пока он сам, по собственной инициативе,
ГЛАВА 15 Управление заданиями Управление заданиями возможность, стандартизованная в POSIX.1 и предоставляемая многими другими стандартами позволяет одному терминалу выполнять несколько заданий. Задание
Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами. Процесс (или по-другому, задача) - абстракция, описывающая
Название Лекция 5. Планирование задач Операционные системы 6 ноября 2012 г. Лекция 5 1 / 39 Планирование Начало Цели планирования Основные алгоритмы Определение Политика планирования: (Scheduling Strategy)
Модуль 3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ 1. Распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, а также занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает
Планирование процессов Многозадачность ОС является многозадачной, если она способна чередовать выполнение нескольких процессов, создавая видимость, что в каждый момент времени работает более одного процесса
Лекция 8. Нити POSIX Эффективное использование IPC - разделяемой памяти и семафоров все таки ограничивается затратами на порождение новых процессов системным вызовом fork/2, даже при использовании технологии
Лекция 2. Подсистема управления процессами. Управление процессами в многозадачной системе заключается в выделении ресурсов ядра для каждого запущенного процесса, осуществлении переключения контекста процессов
UNIX Лекция 4 UNIX. Л.4 1 ПРОЦЕССЫ ОС UNIX Процесс - это задание в ходе его выполнения. П - образ программы, включающий отображение в памяти исполняемого файла, полученного в ходе компиляции, сегментов
Лабораторная работа 4 ЗНАКОМСТВО С ПРОЦЕССАМИ Цель работы Познакомиться с понятием процесса. Научиться получать список имеющихся в системе процессов и управлять их состоянием. 1. Теоретические сведения
Процессы и потоки Операционные системы Лекция 2 Ульяновск, УлГТУ, кафедра «Информационные системы» 1 / 12 Модель процесса Четыре программы, работающие в многозадачном режиме а); концептуальная модель четырех
Основы ОС Unix Сигналы Основы ОС Unix 28.2.08 Слайд 1 из 34 Сегодня Что такое сигнал? Терминология Старые проблемы с сигналами POSIX и Linux сигналы Работа с наборами сигналов Основы ОС Unix 28.2.08 Слайд
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ» Кафедра информатики и процессов управления (17) Курс «Современные операционные системы» Лекция 7 Планирование Москва 2016 Содержание 1. Основные
Сигналы Средство асинхронного взаимодействия процессов Посылаются: Одним процессом другому процессу Ядром ОС процессу для индикации событий, затрагивающих процесс Ядром ОС процессу в ответ на некорректные
4.1 Процессы 4.1.1 Понятие процесса Процесс (задача) - программа, находящаяся в режиме выполнения. С каждым процессом связывается его адресное пространство, из которого он может читать и в которое он может
Операционные системы. Разработка и реализация. Таненбаум Э., Вудхалл А. 3-е изд. - СПб.: Питер, 2007. 704 с. Третье издание классического труда Эндрю Таненбаума " Операционные системы. Разработка и реализация"
Операционные системы Лекция 2 Процессы и потоки (нити). 2.1 Процессы 2.1.1 Понятие процесса Процесс (задача) - программа, находящаяся в режиме выполнения. С каждым процессом связывается его адресное пространство,
Именованные каналы Канал, доступ к которому выполняется через точку привязки файловой системы Ядро создает по одному объекту именованного канала для каждой записи в файловой системе int mkfifo(const char
1 Работа с процессами в POSIX-системах Понятие «процесс» наряду с понятием «файл» относится к основным понятиям операционной системы. Под процессом можно понимать программу в стадии выполнения. С процессом
Занятие 6. Понятие процесса. Состояния процесса. Диспетчеризация. План занятия. 1. Процесс. Классификация процессов. 2. Ресурсы. Классификация ресурсов. 3. Управление процессами. 4. Планирование процессов.
Название Лекция 6. Алгоритмы блокировок Операционные системы 19 ноября 2012 г. Лекция 6 1 / 46 Цели планирования Требования ко взаимным исключениям Требования В любой момент времени в одном критическом
Процессы и потоки Понятия «процесс» и «поток» Процесс (задача) - программа, находящаяся в режиме выполнения. Потоќ выполне ния (thread нить) наименьшая часть программы, исполнение которой может быть назначено
ВСТРОЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ Лекция 4: Статико-динамическое планирование вычислений в системах интегрированной модульной авионики Кафедра АСВК, Лаборатория Вычислительных
СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫЙ КОНСОРЦИУМ УНИВЕРСИТЕТОВ РОССИИ Проект Создание системы подготовки высококвалифицированных кадров в области суперкомпьютерных технологий и специализированного программного обеспечения
Лекция 10. Подходы к синхронизации. Содержание Задача читателей-писателей Замки Подходы к синхронизации Задача читаталей-писателя Задача читателей-писателей Имеется область памяти, к которой обращаются
Планирование процессов в ОС Windows NT Свойства 1) Процессы Windows NT реализованы в форме объектов, и доступ к ним осуществляется посредством службы объектов. 2) Процесс Windows NT имеет многонитевую
Название Мёртвая блокировка Сети Петри Требования к алгоритмам Лекция 6. Алгоритмы блокировок Операционные системы 11 ноября 2016 г. Лекция 6 1 / 65 Пример: сравнение данных POSIX Название Мёртвая блокировка
Реализация параллелизма с использованием «эффективных объектов» Решение задач организации параллелизма приложения происходит традиционно, применяя вытесняющую многозадачность. Такая схема целесообразна,
Операционные системы Лекция 3 Процессы 1 Понятие процесса Операционная система во время работы выполняет одну или несколько программ, планирует задания (совокупность программы, команд для ее выполнения
UNIX Лекция 6 UNIX. Л.6 1 СИГНАЛЫ Прерывания и особые ситуации Прерывания. Внешние устройства ввода-вывода, системные часы и т.п. асинхронно прерывают работу ЦП. По получении сигнала прерывания ядро операционной
Название Лекция 7. Алгоритмы блокировок Операционные системы 24 марта 2016 г. Лекция 7 1 / 48 Пример: сравнение данных POSIX Мёртвая блокировка Сети Петри Требования к алгоритмам Пример Пример (окончание)
RTOS Операционные системы реального времени Страница 1 План лекции Определение операционной системы Особенности встраиваемых ОС Процессы, задачи, нити Системное время Межпроцессное взаимодействие Обработка
UNIX Лекция 5 UNIX. Л.5 1 Зомби и сироты Добавим к известным четырем состояниям процесса еще одно пятое: выполнение процесса в режиме ядра; выполнение процесса в режиме задачи; приостановка; готовность
Параллельность 1 Введение 2 3 Потоки в языке Java Потоки в языке C# Введение Параллельность может возникать на четырех уровнях Уровень машинных инструкций Уровень инструкций высокоуровневого языка программирования
Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева «УТВЕРЖДАЮ» Декан ФРЭИ А.И. Дворсон РАБОЧАЯ ПРОГРАММА По дисциплине «Операционные системы» для направления 230100 «Информатика
Лабораторная работа 4. Варианты Вариант 1: Необходимо решить проблему "Санта Клаус" с использованием библиотеки PTHREAD с учетом следующих ограничений: Санта все время спит, пока его не будет либо все
1 Средства межпроцессного взаимодействия Поскольку адресные пространства каждого процесса изолированы друг от друга, система должна предоставлять процессам средства взаимодействия. Простейшее взаимодействие
Взаимоотношения между процессами.. Операционные системы 2011/12 Татьяна Романова 17 сентября 2011 г. 1 / 29 План на сегодня Терминалы. Группы процессов. Сессии. Концепция сигналов. Надежные и ненадежные
Объекты ядра Windows Типы объектов ядра маркеры доступа / access token события / event файлы / file проекции файлов / file mapping порты завершения ввода-вывода / I/O completion port задания / Job почтовые
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского Факультет Вычислительной математики и кибернетики Операционные системы: аспекты параллелизма Синхронизация-1 Линёв А.В. Тема обсуждения При
Операционная система FX-RTOS интерфейса HAL Версия 2.2 Содержание Введение... 3 Об этом руководстве... 3 Терминология... 3 Формат описания функций API... 3 Интерфейсы HAL... 5 Управление прерываниями...
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского Факультет Вычислительной математики и кибернетики Операционные системы: аспекты параллелизма Процессы и потоки Линёв А.В. Тема обсуждения
Технология адаптивного квотирования для построения высоконадежных систем Белохвостиков Эдуард инженер отдела сервисов SWD Software Построение комплексных систем Большая команда, местоположение разработчиков
* 1. Решение задачи взаимоблокировки ресурсов. Взаимоблокировка возникает, когда две и более задач постоянно блокируют друг друга из-за того, что задача каждой из сторон блокирует ресурс, необходимый другой
Домашняя работа 4 (2015) Problem H41: Синхронное чтение-2 Условие этой задачи практически дословно повторяет условие задачи H32, только вместо сигналов должны быть использованы семафоры. Напишите программу,
КВАЗИПЛАНИРОВЩИК ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОСТАИВАЮЩИХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ МНОГОПРОЦЕССОРНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПОД УПРАВЛЕНИЕМ СУППЗ А.В. Баранов, Е.А. Киселёв, Д.С. Ляховец Межведомственный суперкомпьютерный
32. Принципы построения операционных систем. Вычислительный процесс и его реализация с помощью ОС. Управление вычислительными процессами, вводом-выводом, реальной памятью. Принципы построения операционных
Параллелизм Многопоточность Зачем создавать параллельные системы? Природные ограничения Невозможно бесконечно наращивать быстродействие одноядерных процессоров. Пример 1 такт 4 ГГц процессора 0.25 нс.
Лекция 6. Использование файловых дескрипторов. Пользовательский файловый дескриптор Cистемныe вызовы для работы с файлом: 1. open/creat 1 открыть/создать файл с заданными опциями и режимом доступа int
ВГКС Кафедра ПОСТ Курс «Системное программное обеспечение» Лабораторная работа 1 (4 часа) Тема: «Создание потоков в Win32 API для ОС MS Windows». Создается поток функцией CreateThread, которая имеет следующий
ГОУВПО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» Раздел 6. Программное обеспечение управляющих комплексов. Операционные системы Лектор: реального времени проф. кафедры АЭС
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского Факультет Вычислительной математики и кибернетики Операционные системы: аспекты параллелизма Задача "Производители-Потребители" Потребители
«Операционные системы» Контрольная работа. Задание. Управление процессами. Наиболее сложно объясняемое задание, но я постараюсь объяснить, чтобы было хоть коечто понятно. Итак, нам дана таблица и процесса,
Лекция 22 Топологическая сортировка. 22.1. Представление произвольного дерева в виде двоичного. 22.1.1. В отличие от двоичного дерева произвольное дерево не может быть пустым (по определению оно должно
Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» Кафедра электронно-вычислительных средств Д. С. Лихачёв РАЗРАБОТКА
Лабораторная работа 4 Цель: Лабораторная работа предназначена для приобретения практического опыта в создании приложения с использованием языка программирования С++ для математических расчѐтов. Призвана:
Модуль 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ, СРЕДАХ И ОБОЛОЧКАХ 1. Операционная система это 1) комплекс управляющих и обрабатывающих программ 2) компоненты вычислительных машин и вычислительных систем
СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ В WINDOWS Побегайло А. П. Системное программирование в Windows. СПб.: БХВ- Петербург, 2006. - 1056 с: ил. ISBN 5-94157-792-3 Подробно рассматриваются вопросы системного программирования
СОСТАВИТЕЛИ: Рябый В.В., старший преподаватель кафедры математического обеспечения электронно-вычислительных машин Белорусского государственного университета; Побегайло А.П., доцент кафедры технологии
Примитивы синхронизации 2011 В чем основная проблема программных методов взаимоисключения? Невозможно гарантировать неразрывность выполнения отдельных действий: Программа может прерваться в любой момент
| 1.cpp | |||
| bradobrej1.dsp | |||
| bradobrej1.dsw | |||
| bradobrej1.ncb | |||
| bradobrej1.opt | |||
| bradobrej1.plg | |||
| 1.obj | |||
| bradobrej1.exe | |||
| bradobrej1.ilk | |||
| bradobrej1.pch | |||
| bradobrej1.pdb | |||
| vc60.idb | |||
| vc60.pdb | |||
| bradobrej1.exe | |||
| 2.cpp | |||
| bradobrej2.dsp | |||
| bradobrej2.dsw | |||
| bradobrej2.ncb | |||
| bradobrej2.opt | |||
| bradobrej2.plg | |||
| 2.obj | |||
| bradobrej2.exe | |||
| bradobrej2.ilk | |||
| bradobrej2.pch | |||
| bradobrej2.pdb | |||
| vc60.idb | |||
| vc60.pdb | |||
| bradobrej2.exe | |||
| 162kb. | 05.09.2008 12:01 |
Операционные системы.
Тема: Подсистема управления процессами. Задача о спящем парикмахере.
Цель: Ознакомится с основными методами которые применяются в подсистемах управления процессами.
Материал для предварительного изучения:
1. Понятие и организация процессов.
2. Реализация процессов в ОС Windows.
3. Средства языка С для работы с процессами.
Теоретический материал.
Процессам часто бывает необходимо взаимодействовать между собой. Например, в конвейере ядра выходные данные первого процесса должны передаваться второ-му и т. д. по цепочке. Поэтому возникает необходимость в правильно организованном взаимодей-ствии между процессами (IPC, interprocess communication), по возможности не использующим прерываний.
Проблема разбивается на три пункта. Первый мы уже упомянули: передача информации от одного процесса другому. Второй связан с контролем над дея-тельностью процессов: как гарантировать, что два процесса не пересекутся в кри-тических ситуациях (представьте себе два процесса, каждый из которых пытается завладеть последним мегабайтом памяти). Третий касается согласования действий процессов: если процесс А должен поставлять данные, а процесс В выводить их на печать, то процесс В должен подождать и не начинать печатать, пока не поступят данные от процесса А .
Важно понимать, что два из трех описанных пунктов в равной мере относятся и к потокам. Первый - передача информации - в случае потоков проблемой не является, поскольку у потоков общее адресное пространство (передача информа-ции между потоками с разным адресным пространством уже является проблемой передачи информации между процессами). Остальные два с тем же успехом касаться потоков: те же проблемы, и те же решения. Мы будем рассматривать эти ситуации в контексте процессов, но имейте в виду, что эти же рассуждения приме-ры и для потоков.
^ 1. Состояние состязания.
В некоторых операционных системах процессы, работающие совместно, могут совместно использовать некое общее хранилище данных. Каждый из процессов может считывать из общего хранилища данных и записывать туда информацию. Это хранилище представляет собой участок в основной памяти (возможно, в структуре данных ядра) или файл общего доступа. Местоположение совместно используемой памяти не влияет на суть взаимодействия и возникающие проблемы. Рассмотрим межпроцессное взаимодействие на простом, но очень распространенном примере: спулер печати.
Если процессу требуется вывести на печать файл, он помещает имя файла в специальный каталог спулера. Другой процесс, демон печати, периоди-чески проверяет наличие файлов, которые нужно печатать, печатает файл и уда-ляет его имя из каталога.
Представьте, что каталог спулера состоит из большого числа сегментов, прону-мерованных 0, 1, 2, ..., в каждом их которых может храниться имя файла. Также есть две совместно используемые переменные: out, указывающая на следующий файл для печати, и in, указывающая на следующий свободный сегмент. Эти две переменные можно хранить в одном файле (состоящем из двух слов), доступном всем процессам. Пусть в данный момент сегменты с 0 по 3 пусты (эти файлы уже напечатаны), а сегменты с 4 по 6 заняты (эти файлы ждут своей очереди на печать). Более или менее одновременно процессы А и В решают поставить файл в очередь на печать. Описанная ситуация схематически изображена на рис. 2.14.
В соответствии с законом Мерфи (он звучит примерно так: «Если что-то плохое может случиться, оно непременно случится») возможна следующая ситуация. Процесс А считывает значение (7) переменной in и сохраняет его в локальной переменной next_free_slot. После этого происходит прерывание по таймеру, и процессор переключается на процесс В. Процесс В, в свою очередь, считывает значение переменнойin и сохраняет его (опять 7) в своей локальной переменной next_free_slot. В данный момент оба процесса считают, что следующий свободный сегмент седьмой. Процесс В сохраняет в каталоге спулера имя файла и заменяет значение in на 8 затем продолжает заниматься своими задачами, не связанными с печатью. Наконец управление переходит к процессу А , и он продолжает с того места на котором остановился. Он обращается к переменной next_freе_ slot, считывает ее значение и записывает в седьмой сегмент имя файла (разумеется, удаляя при этом имя файла, записанное туда процессом В). Затем он заменяет значение in на 8 (next_free_slot +1 = 8). Структура каталога спулера не нарушена, так что демон печати не заподозрит ничего плохого, но файл процесса В не будет напе-чатан.
Ситуации, в ко-торых два (и более) процесса считывают или записывают данные одновременно и конечный результат зависит от того, какой из них был первым, называются состояниями состязания.
Критические области.
Как избежать состязания? Основным способом предотвращения проблем в этой и любой другой ситуации, связанной с совместным использованием памяти, файлов и чего-либо еще, является запрет одновременной записи и чтения разделенных данных более чем одним процессом. Говоря иными словами, необходимо взаим-ное исключение. Это означает, что в тот момент, когда один процесс использует разделенные данные, другому процессу это делать будет запрещено. Проблема, описанная выше, возникла из-за того, что процесс В начал работу с одной из совместно используемых переменных до того, как процесс А ее закончил. Выбор подходящей примитивной операции, реализующей взаимное исключение, является серьезным моментом разработки операционной системы.
Проблему исключения состояний состязания можно сформулировать на абст-рактном уровне. Некоторый промежуток времени процесс занят внутренними рас-четами и другими задачами, не приводящими к состояниям состязания. В другие моменты времени процесс обращается к совместно используемым данным или выполняет какое-то другое действие, которое может привести к состязанию. Часть программы, в которой есть обращение к совместно используемым данным, назы-вается критической областью или критической секцией. Если нам удастся избежать одновременного нахождения двух процессов в критических областях, Мы сможем избежать состязаний.
Несмотря на то, что это требование исключает состязание, его недостаточно для совместной работы параллельных процессов и эффективного использования данных. Для этого необходимо выполнение четырех условий:
1. Невозможна ситуация, в которой процесс вечно ждет попадания в крити-ческую область.
2. Два процесса не должны одновременно находиться в критических обла-стях.
3. В программе не должно быть предположений о скорости или количестве процессоров.
4. Процесс, находящийся вне критической области, не может блокировать дру-гие процессы.
В абстрактном виде требуемое поведение процессов представлено на рис. 2.15. Процесс А попадает в критическую область в момент времени Т 1 . Чуть позже, в мо-мент времени Т 2 , процесс В пытается попасть в критическую область, но ему это не удается, поскольку в критической области уже находится процесс А, а два процесса не должны одновременно находиться в критических областях. Поэто-му процесс В временно приостанавливается, до наступления момента времени Т 3 , когда процесс А выходит из критической области. В момент времени Т 4 процесс В также покидает критическую область, и мы возвращаемся в исходное состояние, когда ни одного процесса в критической области не было.
Семафоры.
В 1965 году Дейкстра (Е. W. Dijkstra) предложил использовать целую перемен-ную для подсчета сигналов запуска, сохраненных на будущее. Им был пред-ложен новый тип переменных, так называемые семафоры , значение которых мо-жет быть нулем (в случае отсутствия сохраненных сигналов активизации) или некоторым положительным числом, соответствующим количеству отложенных активизирующих сигналов.
Дейкстра предложил две операции, down и up (обобщения sleep и wakeup ). Опе-рация down сравнивает значение семафора с нулем. Если значение семафора боль-ше нуля, операция down уменьшает его (то есть расходует один из сохраненных сиг-налов активации) и просто возвращает управление. Если значение семафора равно нулю, процедура down не возвращает управление процессу, а процесс переводится в состояние ожидания. Все операции проверки значения семафора, его изменения и перевода процесса в состояние ожидания выполняются как единое и неделимое элементарноедействие. Тем самым гарантируется, что после начала операции ни один процесс не получит доступа к семафору до окончания или блокирования операции. Элементарность операции чрезвычайно важна для разрешения пробле-мы синхронизации и предотвращения состояния состязания.
Операция up увеличивает значение семафора. Если с этим семафором связаны один или несколько ожидающих процессов, которые не могут завершить более раннюю операцию down, один из них выбирается системой (например, случайным образом) и ему разрешается завершить свою операцию down. Таким образом, послеоперации up примененной к семафору, связанному с несколькими ожидающими процессами, значение семафора так иостанется равным 0, но число ожидающих процессов уменьшится на единицу. Операция увеличения значения семафора и активизации процесса тоже неделима. Ни один процесс не может быть блокирован во время выполнения операции up , как ни один процесс не мог быть блокирован во время выполнения операции wakeup в предыдущей модели.
В оригинале Дейкстра использовал вместо down иup обозначения Р и V соответственно. Мы не будем в дальнейшем использовать оригинальные обозначения поскольку тем, кто не знает датского языка, эти обозначения ничего не говорят (да и тем, кто знает язык, говорят немного). Впервые обозначения down иup появились в языке Algol 68.
Решение проблемы производителя и потребителя с помощью семафоров.
Как показано в листинге 2.4, проблему потерянных сигналов запуска можно ре-шить с помощью семафоров. Очень важно, чтобы они были реализованы неде-лимым образом. Стандартным способом является реализация операций down и up в виде системных запросов, с запретом операционной системой всех прерываний на период проверки семафора, изменения его значения и возможного перевода про-цесса в состояние ожидания. Поскольку для выполнения всех этих действий тре-буется всего лишь несколько команд процессора, запрет прерываний не приносит никакого вреда. Если используются несколько процессоров, каждый семафор необ-ходимо защитить переменной блокировки с использованием команды TSL, чтобы гарантировать одновременное обращение к семафору только одного процессора. Необходимо понимать, что использование команды TSL принципиально отличает-ся от активного ожидания, при котором производитель или потребитель ждут на-полнения или опустошения буфера. Операция с семафором займет несколько мик-росекунд, тогда как активное ожидание может затянуться на существенно больший промежуток времени.
Листинг 2.4.Проблема производителя и потребителя с семафорами
#define N 100 /* количество сегментов в буфере */
Typedef int semaphore; /* семафоры - особый вид целочисленных переменных */ semaphore mutex =1; /* контроль доступа в критическую область */
Semaphore empty = N; /* число пустых сегментов буфера /
Semaphore full = О; /* число полных сегментов буфера */
voidproducer(void)
While(TRUE)
{ /* TRUE - константа, равная 1*/
Item = protiuce_item (); /* создать данные, помещаемые в буфер */
Down(&empty); /* уменьшить счетчик пустых сегментов буфера */
Down(&mutex): /* вход в критическую область */
Insert_item(item); /* поместить в буфер новый элемент */
Up(&mutex): /* выход из критической области */
Up(&ful1); /* увеличить счетчик полных сегментов буфера */
Void consumer(void)
{ /* бесконечный цикл */
Down(&full); /* уменьшить числа полных сегментов буфера */
Down(&mutex); /* вход в критическую область */
Item = remove_item(); /* удалить элемент из буфера */
Up(&mutex); /* выход из критической области */
Up(&empty): /* увеличить счетчик пустых сегментов буфера */
Consume_item(item): /* обработка элемента */
В представленном решении используются три семафора: один для подсчета за-полненных сегментов буфера (full), другой для подсчета пустых сегментов (empty), а третий предназначен для исключения одновременного доступа к буферу произ-водителя и потребителя (mutex). Значение счетчика full исходно равно нулю, счет-чик empty равен числу сегментов в буфере, a mutex равен 1. Семафоры, исходное значение которых равно 1, используемые для исключения одновременного нахож-дения в критической области двух процессов, называются двоичными семафора-ми. Взаимное исключение обеспечивается, если каждый процесс выполняет опе-рацию down перед входом в критическую область и up после выхода из нее.
Теперь, когда у нас есть примитивы межпроцессного взаимодействия, вернем-ся к последовательности прерываний, показанной в табл. 2.2. В системах, исполь-зующих семафоры, естественным способом скрыть прерывание будет связать с каждым устройством ввода-вывода семафор, исходно равный нулю. Сразу после запуска устройства ввода-вывода управляющий процесс выполняет операцию down на соответствующем семафоре, тем самым входя в состояние блокировки. В случае прерывания обработчик прерывания выполняет up на соответствующем семафоре, переводя процесс в состояние готовности. В такой модели пятый шаг в табл. 2.2 заключается в выполнении up на семафоре устройства, чтобы следующим шагом планировщик смог запустить программу, управляющую устройством. Разумеет-ся, если в этот момент несколько процессов находятся в состоянии готовности, планировщик может выбрать другой, более значимый процесс.
В примере, представленном в листинге 2.4, семафоры использовались двумя различными способами. Это различие достаточно значимо, чтобы сказать о нем особо. Семафор mutex используется для реализации взаимного исключения, тоесть для исключения одновременного обращения к буферу и связанным переменным двух процессов.
Остальные семафоры использовались для синхронизации.Семафоры full и empty необходимы, чтобы гарантировать, что определенные последовательности событий происходятили не происходят. В нашем случае они гарантируют, что производительпрекращает работу, когда буфер полон, а потребитель прекращает работу когда буфер пуст.
^ Постановка задачи:
Задача о парикмахере который спит является аллегорической демонстрацией подсистемы управления процессами и была сформулирована Дейкстрой в 1968 г. Формулируется задача следующим образом: Парикмахерская состоит из комнаты ожидания О и комнаты, в которой стоит кресло парикмахера З. Через двери Д можно попасть из комнаты О в комнату З, а из комнаты З на улицу. Если парикмахер заходит в комнату ожидания и никого там не находит, то он идет спать. Если клиент заходит в парикмахерскую и находит спящего парикмахера, то он его будит. В комнате ожидания число мест ограничено и равно N.
Согласно данной задаче необходимо определить элементы который будут запрограммированы отдельными процессами, разработать алгоритм и программно его реализовать.
В решении предлагается использовать три семафора:
customers, для подсчета ожидающих посетителей (клиент, сидящий в кресле брадобрея, не учитывается – он уже не ждет);
barbers, количество брадобреев (0 или 1), простаивающих в ожидании клиента;
mutex для реализации взаимного исключения.
Также используся переменная waiting, предназначенная для подсчета ожидающих посетителей. Она является копией переменной customers. Присутствие в программе этой переменной связано с тем фактом, что прочитать текущее значение семафора невозможно. В этом решении посетитель, заглядывающий в парикмахерскую, должен сосчитать количество ожидающих посетителей. Если посетителей меньше, чем стульев, новый посетитель остается, в противном случае он уходит.
1. Тема и цель работы.
2. Задание на лабораторную работу.
3. Алгоритм программы.
4. Полученные результаты.
5. Выводы по работе с анализом реализованной модели взаимодействия процессов.
И межпроцессного взаимодействия (interprocess communication ) в многозадачной операционной системе . Проблема заключается в обеспечении того, чтобы парикмахер работал, когда есть клиенты и отдыхал, когда клиентов нет.
1 / 1
✪ Неэффективное собрание. Фильм «Афо́ня»
Аналогия основана на гипотетической парикмахерской с одним парикмахером. У парикмахера есть одно рабочее место и приемная с несколькими стульями. Когда парикмахер заканчивает подстригать клиента, он отпускает клиента и затем идет в приёмную, чтобы посмотреть, есть ли там ожидающие клиенты. Если они есть, он приглашает одного из них и стрижет его. Если ждущих клиентов нет, он возвращается к своему креслу и спит в нем.
Каждый приходящий клиент смотрит на то, что делает парикмахер. Если парикмахер спит, то клиент будит его и садится в кресло. Если парикмахер работает, то клиент идет в приёмную. Если в приёмной есть свободный стул, клиент садится и ждёт своей очереди. Если свободного стула нет, то клиент уходит. Основываясь на наивном анализе, вышеупомянутое описание по идее должно гарантировать, что парикмахерская функционирует правильно с парикмахером, стригущим любого пришедшего, пока есть клиенты, и затем спящим до появления следующего клиента. На практике же существует несколько конфликтных ситуаций, которые иллюстрируют общие проблемы планирования.
Все эти конфликтные ситуации связаны с тем фактом, что действия и парикмахера, и клиента (проверка приёмной, вход в парикмахерскую, занятие места в приёмной, и т. д.) занимают неизвестное количество времени и/или могут происходить одновременно. Например, клиент может войти и заметить, что парикмахер работает, тогда он идет в приёмную. Пока он идет, парикмахер заканчивает стрижку, которую он делает и идет, чтобы проверить приемную, причём делает это быстрее направляющегося туда клиента. Так как в приёмной пока ещё никого нет (клиент ещё не дошел), он возвращается к своему месту и спит. Парикмахер теперь ждет клиента, а клиент ждет парикмахера. В другом примере два клиента могут прибыть в то же самое время, когда в приемной есть единственное свободное место. Они замечают, что парикмахер работает, идут в приёмную, и оба пытаются занять единственный стул.
Проблема спящего парикмахера часто приписывается Эдсгеру Дейкстра (1965), одному из пионеров информатики.
Существует несколько возможных решений данной проблемы. Основной элемент каждого из решений - мьютекс - механизм, который гарантирует, что изменить состояние (state ) в данный момент времени может только один из участников. Парикмахер должен захватить мьютекс, прежде чем проверить клиентов, и освободить его, когда он начинает или спать, или работать. Клиент должен захватить тот же мьютекс, прежде чем войти в парикмахерскую, и освободить его, как только он займет место или в приемной, или у парикмахера. Это устраняет обе проблемы, упомянутые в предыдущей секции. Возможно также использование более общего механизма семафоров для указания текущего состояние системы. Например, при помощи семафора можно выразить число людей в приемной.
У варианта той же задачи с несколькими парикмахерами есть дополнительная сложность координирования нескольких парикмахеров среди ждущих клиентов.
