Un aperçu sur la synchronisation de processus sous Linux

1. Synchronisation sous systeme Linux

2. Pourquoi synchroniser les processus ?
Le nombre de ressources d'un
système d'exploitation est limité.
On trouve les processus en
situation de concurrence (race)
vis-à-vis des ressources.
le But de la synchronisation est
de contrôler la concurrence.

3. Contrôler la concurrence
➔Organiser la compétition:
◆ Fournir des services de synchronisation indirecte par exclusion mutuelle : « Arbitrage »,
rôle du système.
◆ Ou au contraire, inclure la partie contrôle de concurrence au sein des programmes : «
sans arbitrage » par le système.
➔Coordonner l’utilisation des ressources:
◆ Empêcher ou réparer des blocages
◆ Garantir l’équité ou absence de famine

4. Section Critique
Section Critique: Toute section de code (séquence d’instructions) manipulant de ressources
communes (variables communes, …)
Exclusion mutuelle ou Mutex: Il y a au plus une entité en section critique qui permet de
réguler l’accès aux données.

5. Exemple : accès à une base de données.
Remarque: Plusieurs processus peuvent la lire simultanément.

6. Outils de synchronisation
Matériels :
emploi de Test and Set qui est basée sur l’utilisation d’une instruction permettant
de lire et d’écrire le contenu d’un mot mémoire de manière indivisible.
inhibition des interruptions (possible seulement dans le cas d'un processus se
déroulant en mode privilégié).
Logiciels :
sémaphores (outils logiciels mis à la disposition des utilisateurs par le système
d'exploitation)
algorithmes de synchronisation.

7. Masquage d ’interruptions (Monoprocesseurs)
Solution brutale: seule l’interruption générée par la fin du quantum de temps
nous intéresse.
Le comportement des processus est décrit par le schéma suivant :
while(1)
{
< Section Restante >
Masquer les interruptions ;
< Section Critique >
Démasquer les interruptions ;
}

8. Test And Set (Multiprocesseurs: instruction indivisible)
Cette solution est basée sur l’utilisation d’une instruction permettant de lire et
d’écrire le contenu d’un mot mémoire de manière indivisible.
➔Instruction minimale permettant de bâtir de la synchronisation
➔Instruction atomique (garantie atomique par le scheduler et le hard)
Le drapeau est partagé par plusieurs processus, il est initialisée à zéro.
tas registre, drapeau
⇔
{registre ← drapeau; drapeau ← 1;}
EntreeMutex:
tas registre, drapeau
cmp registre 0
jnz EntreeMutex
ret

9. Inconvénients de cette technique :
➔Attente active (busy waiting)
➔On ne sait pas qui va prendre la main.
On peut avoir une solution pour l’attente active par la mise en sommeil en
utilisant sleep(), awake().
Efficace mais (trop) complexe à mettre en œuvre !

10. Sémaphores
Un sémaphore est un type de donnée abstraite. Le sémaphore a été inventé par
Edsger Dijkstra.
Les sémaphores fournissent la solution la plus courante pour le fameux problème du
« dîner des philosophes »
Un sémaphore Sem associé à une ressource R est un objet composé :
d'un compteur Sem.Ka qui indique le nombre d'éléments disponibles ou le
nombre de processus en attente sur R
d'une file d'attente Sem.L où sont chaînés les processus en attente sur la
ressource R.
Les trois opérations prises en charge par un sémaphore sont Init, P et V.

11. Les operations
P (Proberen signifie tester): elle teste la
disponibilité d’une ressource, et elle
alloue immediatement au
processus courant.
V (Verhogen signifie incrementer): elle
libère la ressource après que le
processus a terminé de l'utiliser.
Init: Pour initialiser le sémaphore.
Cette opération est utilisée une
seule et unique fois.

12. Operations Init
function Init (semaphore sem, int val)
{
disable_Interrupt;
sem.K = val;
enable_interrupt;
}

13. Operation P
function P (semaphore sem)
{
disable_interrupt;
if (sem.K == 0)
{
L.suivant = processus_courant;
processus_courant.état = bloque;
reordonnancement = vrai;
}
else
{
sem.K = sem.K-1;
}
enable_interrupt;
}

14. Operation V
function V (semaphore sem)
{
disable_interrupt;
sem.K = sem.K+1;
if (not L.vide)
{
processus_réveillé = L.tête;
processus_réveillé.état = prêt;
reordonnancement = vrai;
}
enable_interrupt;
}

15. Les cas traités par les Sémaphores
Producteur et consommateur
Lecteur et écrivain
Production Consommation
Producteur Consommateur
Ecriture Lecture
Producteur LecteurEcrivain
R
R

16. Producteur et consommateur

17. Producteur
créer un document D
verrouiller F
ajouter D à la fin de la file F
déverrouiller F
envoyer un signal au processus consommateur

18. Consommateur
répéter
attendre signal de F
tant que F n'est pas vide:
pour chaque élément E de F:
verrouiller F
imprimer E
supprimer E de F
déverrouiller F
fin pour
fin tant-que
attendre un signal d'un producteur
fin répéter

19. Contrôle de La concurrence « sans arbitrage » par
le systèm
La concurrence entre le
Processus Pi et Pj.
Ces algorithmes sont introduits
au sein de Pi.

20. Algorithme de Dekker
/* i veut entrer en S.C. */
Etat[i] = 1;
while (Etat[j] == 1) {
if (tour == j) {
Etat[i] = 0;
/* attendre que
l'autre sorte de SC */
while(tour == j) { };
Etat[i] = 1;
}
}
/* debut de section critique */
... ...
/* fin de section critique */
tour = j;
• Exclusion
mutuelle garantie
• Pas d'interblocage

21. Algorithme de Peterson
... /* i veut entrer en S.C. */
Etat[i] = 1;
/* mais il laisse passer j, si j veut entrer */
tour = j;
/* attendre que Pj sorte de SC */
while ((Etat[j] == 1) && (tour == j)) {};
/* debut de S.C. */
...
…
/* fin de section critique */
Etat[i] = 0;
● Exclusion mutuelle
garantie,
● pas d’interblocage
● attente limitée

22. Réalisé par :
Fadwa Gmiden

23. Synchronisation sous systeme Linux

24. Pourquoi synchroniser les processus ?
Le nombre de ressources d'un
système d'exploitation est limité.
On trouve les processus en
situation de concurrence (race)
vis-à-vis des ressources.
le But de la synchronisation est
de contrôler la concurrence.

25. Contrôler la concurrence
➔Organiser la compétition:
◆ Fournir des services de synchronisation indirecte par exclusion mutuelle : « Arbitrage »,
rôle du système.
◆ Ou au contraire, inclure la partie contrôle de concurrence au sein des programmes : «
sans arbitrage » par le système.
➔Coordonner l’utilisation des ressources:
◆ Empêcher ou réparer des blocages
◆ Garantir l’équité ou absence de famine

26. Section Critique
Section Critique: Toute section de code (séquence d’instructions) manipulant de ressources
communes (variables communes, …)
Exclusion mutuelle ou Mutex: Il y a au plus une entité en section critique qui permet de
réguler l’accès aux données.

27. Exemple : accès à une base de données.
Remarque: Plusieurs processus peuvent la lire simultanément.

28. Outils de synchronisation
Matériels :
emploi de Test and Set qui est basée sur l’utilisation d’une instruction permettant
de lire et d’écrire le contenu d’un mot mémoire de manière indivisible.
inhibition des interruptions (possible seulement dans le cas d'un processus se
déroulant en mode privilégié).
Logiciels :
sémaphores (outils logiciels mis à la disposition des utilisateurs par le système
d'exploitation)
algorithmes de synchronisation.

29. Masquage d ’interruptions (Monoprocesseurs)
Solution brutale: seule l’interruption générée par la fin du quantum de temps
nous intéresse.
Le comportement des processus est décrit par le schéma suivant :
while(1)
{
< Section Restante >
Masquer les interruptions ;
< Section Critique >
Démasquer les interruptions ;
}

30. Test And Set (Multiprocesseurs: instruction indivisible)
Cette solution est basée sur l’utilisation d’une instruction permettant de lire et
d’écrire le contenu d’un mot mémoire de manière indivisible.
➔Instruction minimale permettant de bâtir de la synchronisation
➔Instruction atomique (garantie atomique par le scheduler et le hard)
Le drapeau est partagé par plusieurs processus, il est initialisée à zéro.
tas registre, drapeau
⇔
{registre ← drapeau; drapeau ← 1;}
EntreeMutex:
tas registre, drapeau
cmp registre 0
jnz EntreeMutex
ret

31. Inconvénients de cette technique :
➔Attente active (busy waiting)
➔On ne sait pas qui va prendre la main.
On peut avoir une solution pour l’attente active par la mise en sommeil en
utilisant sleep(), awake().
Efficace mais (trop) complexe à mettre en œuvre !

32. Sémaphores
Un sémaphore est un type de donnée abstraite. Le sémaphore a été inventé par
Edsger Dijkstra.
Les sémaphores fournissent la solution la plus courante pour le fameux problème du
« dîner des philosophes »
Un sémaphore Sem associé à une ressource R est un objet composé :
d'un compteur Sem.Ka qui indique le nombre d'éléments disponibles ou le
nombre de processus en attente sur R
d'une file d'attente Sem.L où sont chaînés les processus en attente sur la
ressource R.
Les trois opérations prises en charge par un sémaphore sont Init, P et V.

33. Les operations
P (Proberen signifie tester): elle teste la
disponibilité d’une ressource, et elle
alloue immediatement au
processus courant.
V (Verhogen signifie incrementer): elle
libère la ressource après que le
processus a terminé de l'utiliser.
Init: Pour initialiser le sémaphore.
Cette opération est utilisée une
seule et unique fois.

34. Operations Init
function Init (semaphore sem, int val)
{
disable_Interrupt;
sem.K = val;
enable_interrupt;
}

35. Operation P
function P (semaphore sem)
{
disable_interrupt;
if (sem.K == 0)
{
L.suivant = processus_courant;
processus_courant.état = bloque;
reordonnancement = vrai;
}
else
{
sem.K = sem.K-1;
}
enable_interrupt;
}

36. Operation V
function V (semaphore sem)
{
disable_interrupt;
sem.K = sem.K+1;
if (not L.vide)
{
processus_réveillé = L.tête;
processus_réveillé.état = prêt;
reordonnancement = vrai;
}
enable_interrupt;
}

37. Les cas traités par les Sémaphores
Producteur et consommateur
Lecteur et écrivain
Production Consommation
Producteur Consommateur
Ecriture Lecture
Producteur LecteurEcrivain
R
R

38. Producteur et consommateur

39. Producteur
créer un document D
verrouiller F
ajouter D à la fin de la file F
déverrouiller F
envoyer un signal au processus consommateur

40. Consommateur
répéter
attendre signal de F
tant que F n'est pas vide:
pour chaque élément E de F:
verrouiller F
imprimer E
supprimer E de F
déverrouiller F
fin pour
fin tant-que
attendre un signal d'un producteur
fin répéter

41. Algorithme de Peterson
... /* i veut entrer en S.C. */
Etat[i] = 1;
/* mais il laisse passer j, si j veut entrer */
tour = j;
/* attendre que Pj sorte de SC */
while ((Etat[j] == 1) && (tour == j)) {};
/* debut de S.C. */
...
…
/* fin de section critique */
Etat[i] = 0;
● Exclusion mutuelle
garantie,
● pas d’interblocage
● attente limitée

42. Réalisé par :
Fadwa Gmiden