Philosophers

Обедающие философы
наносят ответный удар
Алексей Фёдоров
@23derevo

Copyright © 2014, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.2
The following is intended to outline our general product
direction. It is intended for information purposes only, and may
not be incorporated into any contract. It is not a commitment to
deliver any material, code, or functionality, and should not be
relied upon in making purchasing decisions. The development,
release, and timing of any features or functionality described
for Oracle’s products remains at the sole discretion of Oracle.

Агенда
 Проблема обедающих философов
 Проблемы с обедающими философами
 Теория
 Практика на Java

Проблема обедающих философов
Dijkstra, 1965 Hoare, 1985

Проблема обедающих философов
 5 философов по кругу
– Тарелка с едой перед каждым
– Вилки между тарелками
 Каждый может
– Размышлять
– Брать одну вилку
– Есть двумя вилками
– Класть одну вилку
Dijkstra, 1965 Hoare, 1985

Проблемы с обедающими философами
 Пусть каждый философ действует по
некоторому алгоритму
 Могут ли все философы умереть с
голоду
 Можно ли составить такой алгоритм,
чтобы все философы гарантированно
не умерли с голоду?

Параметры задачи
 Количество философов
 Есть ли возможность положить вилку, не пожрамши
 Сколько времени философ ест
– Фиксированное или случайная величина
 Сколько времени философ размышляет
– Фиксированное или случайная величина
– Как это время соотносится с временем еды
 Какие ещё инструменты/элементы есть в системе?
 Что ещё?

Фиксированное время и случайное время
 Случайное время задаётся какой-то функцией распределения
 Константа тоже задаётся функцией распределения
– А бывают ли вообще константы в реальном мире?

200 40 60

Решение
 Как только философ хочет есть, он делает следующие шаги:
1. Берёт левую от себя вилку
2. Берёт правую от себя вилку
3. Ест
4. Кладёт правую от себя вилку
5. Кладёт левую от себя вилку
 И так по кругу

Моделирование на Java

Стенд
 Dell Latitude E6420
– Intel Core i7
 4 cores x 2 threads = 8 HW threads
 2,2 GHz
– 16 Gb RAM
– Oracle JDK 8 update 5
 Windows 7 SP1

SMALL DEMO

Теория

Взаимоблокировка
Ресурс – объект, к которому предоставляется доступ.
Во время работы процесс может брать (захватывать) ресурсы.
Взаимоблокировка – такое состояние системы, при котором
два или более процессов не могут продолжать своё выполнение
из-за отсутствия необходимых для этого ресурсов.
Каждый ждёт другого, поэтому никто не может продолжить

Выгружаемые и невыгружаемые ресурсы
 Выгружаемые ресурсы – ресурсы, которые могут быть
безболезненно отобраны у процесса, который ими обладает
 Невыгружаемые ресурсы – ресурсы, которые нельзя
отобрать у процесса, не вызвав при этом сбой в вычислениях
 Мы будем говорить, в основном, о невыгружаемых ресурсах

Операции над невыгружаемыми ресурсами
 Запрос ресурса
– Берём ресурс или ждём (встаём в «очередь» ожидания)
– Виды блокирующих запросов
 без таймаута
 с таймаутом
 с исключением (ошибкой)
 Использование ресурса
 Освобождение ресурса

Условия возникновения взаимоблокировок
Коффман, 1971
1. Условие взаимного исключения ( ≤ 1 )
2. Условие удержания и ожидания ( 1 + )
3. Условие невыгружаемости ( < )
4. Условие циклического ожидания ( O )
Следствие:
любая стратегия упреждения/обнаружения/устранения
блокировок основана на нарушении какого-то из этих пунктов

Моделирование взаимоблокировок
 Граф ресурсов (Holt, 1972)

Стратегии борьбы с блокировками
 Игнорирование проблемы
 Обнаружение и восстановление
 Динамическое уклонение
 Предотвращение за счёт структурного подавления любого
из четырёх необходимых для возникновения условий:
1. Условие взаимного исключения
2. Условие удержания и ожидания
3. Условие невыгружаемости
4. Условие циклического ожидания

Игнорирование проблемы
 Делаем вид, что проблема отсутствует
– Насколько часто возникает
проблема?
– Как часто возникают сбои в системе
по другим причинам?
– Насколько серьёзны могут быть
последствия?

Обнаружение взаимоблокировок и
восстановление работоспособности
 Шаги
– Позволить блокировке произойти
– Пытаться обнаружить момент возникновения
– Попробовать восстановить работоспособность
 В нашем примере можно просто перезапускать философов

Выход из взаимоблокировки
 Приоритетный захват ресурсов
– Приоритизировать (все) процессы
– Отобрать ресурс у менее приоритетного процесса
 Откат
– Периодически создаются контрольные точки
– При обнаружении блокировки происходит откат
 При откате часть работы (которая была выполнениа
после прохождания последней контрольной точки)
теряется
 Уничтожение и перезапуск процессов

Уклонение от взаимоблокировки
 Траектории ресурса
 Безопасное и небезопасное состояние
 Алгоритм банкира
– Дейкстра, 1965

Предотвращение взаимоблокировки
 Атака условия взаимного исключения
 Атака условия ожидания и удержания
 Атака условия невыгружаемости
 Атака условия циклического ожидания

Атака условия взаимного исключения
 Редко возможна: часто программа становится некорректной
 Убирать ненужные локи
 Иногда функциональность не страдает

Атака условия ожидания и удержания
 Запрашивать ВСЕ необходимые ресурсы не в процессе
работы, а до начала работы.
– Но не всегда ресурсы известны заранее
 Вначале временно высвободить все удерживаемые ресурсы

Атака условия невыгружаемости
 Разрешить выгружать!

Атака условия циклического ожидания
 Нумерация ресурсов

DEMO TIME

Литература

Q&A
 @23derevo
 fyodorov.spbu@gmail.com
 https://bitbucket.org/23derevo/concurrency

Philosophers

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais de Alexey Fyodorov

Mais de Alexey Fyodorov (14)

Philosophers