В чем отличие потоков в Solaris от потоков в других системах? (ПК-12)

Многопоточность (multi-threading) – современное направление программирования, особенно актуальное в связи с широким распространением параллельных компьютерных архитектур. Поток – особый вид процесса, выполняемый в общем адресном пространстве с процессом-родителем. Поток характеризуется своим стеком, потоком управления и значениями регистров. Облегченный процесс (lightweight process) – механизм, с помощью которого реализуются потоки в ОС.

Впервые понятие процесса, близкое современной концепции потока, было реализовано в системе "Эльбрус" в конце 1970-х гг. Многопоточность появилась в UNIX, затем – в Solaris и Windows NT. В различных ОС архитектуры библиотек поддержки многопоточности различаются. В Java-технологии, а вслед за ней – в .NET, впервые многопоточность была реализована на уровне языка и базовых библиотек.

Архитектура потоков – многоуровневая: потоки пользовательского уровня реализуются с помощью системных потоков (потоков ядра). Существуют различные модели многопоточности (способы отображения пользовательских потоков в системные) – один-один, один-много, много-один.

Многопоточность ставит ряд интересных проблем: семантика системных вызовов fork и exec; прекращение потоков; обработка сигналов; структуризация потоков в группы; поддержка локальных данных потока (TLS); синхронизация потоков; тупики (взаимная блокировка потоков) и их предотвращение.

POSIX threads (Pthreads) - стандартизация API для поддержки многопоточности для операционных систем типа UNIX. Поток характеризуется своим дескриптором и атрибутами. Для синхронизации потоков используются мьютексы и условные переменные.

Потоки в ОС Solaris отличаются тем, что явно присутствует понятие облегченного процесса, наряду с понятиями пользовательского и системного потоков. Каждый традиционный процесс хранит список созданных в нем облегченных процессов Используется модель многопоточности "много-много".

В Windows 2000 используется модель многопоточности "один-один". Каждый поток содержит свой номер, набор регистров, отдельные стеки для пользовательских и системных процедур, локальную память потока (TLS).

В Linuxпотоки называются задачами (tasks) и создаются системным вызовом clone.

Потоки в Java поддержаны на уровне языка и базовых библиотек. Представляются объектами класса Thread и его подклассов. Управляются виртуальной машиной Java. Возможно создание групп потоков. Состояния потоков аналогичны используемым в ОС.

Что такое облегченный процесс? Что такое двоичный семафор? Что такое семафорный бит? (ОПК-1)

Традиционно для упорядочения и ускорения программных разработок использовались строго упорядочивающие так называемые тяжеловесные процессы. В этих процессах прогнозируется весь объем предстоящих работ, поэтому они называются прогнозирующимися процессами. Порядок, который должен выполнять при этом человек-разработчик, чрезвычайно строг.

В последние годы появилась группа новых облегченных процессов разработки ПО. Их также называют подвижными процессами. Эти процессы привлекательны отсутствием бюрократизма, характерного для тяжеловесных (прогнозирующих) процессов.

Облегченные процессы разработки ПО воплощают разумный компромисс между строгой дисциплиной и отсутствием ее.

Подвижные процессы требуют меньшего объема документации и ориентированы на человека. Подвижные процессы учитывают особенности современного заказчика, а именно, частые изменения его требований к ПО. Подвижные процессы адаптируют изменения требований (адаптивная природа).

Двоичным семафором называется переменная S, которая может принимать значения 0 и 1 и для которой определены только две операции.

1. P(S) – операция занятия (закрытия) семафора. Она ожидает, пока значение S не станет равным 1, и, как только это случится, присваивает S значение 0 и завершает свое выполнение. Очень важно: операция P по определениюнеделима, т.е. между проверкой и присваиванием не может вклиниться другой процесс, который бы изменил значение S.
2. V(S) – операция освобождения (открытия) семафора. Она просто присваивает S значение0.

Семафорный бит – В вычислительных комплексах Burroughs 5000 и "Эльбрус": особый бит слова, над которым выполняется команда семафорного считывания; по определенному значению бита (например, 1) происходит прерывание.

Как реализуются общие семафоры и операции над ними с использованием двоичных семафоров? (ПК-18)

Общий семафор может быть представлен тройкой из двух двоичных семафоров и целой переменной:
binary-semaphore S1 = 1;
binary-semaphore S2 = 0;
int C = начальное значение общего семафора S;
Операция wait:
wait (S1);
C--;
if (C < 0) {
signal (S1);
wait (S2);
}
signal (S1);
Операция signal:
wait (S1);
C++;
if (C >= 0) {
signal (S2);
};
signal (S1);

В данной реализации семафор S1 используется для взаимного исключения доступа к общей целой переменной C. Семафор S2 используется для хранения очереди ждущих процессов в случае, если общий семафор переходит в закрытое состояние.