Chapitre 2: Exclusion Mutuelle entre Processus

L’exclusion mutuelle est un concept fondamental en informatique qui garantit que plusieurs processus ne tentent pas d'accéder à une ressource partagée en même temps. Cela évite les conflits et préserve l'intégrité des données.

Lorsque plusieurs processus doivent accéder à une ressource partagée, comme un compte bancaire ou un fichier, il existe un risque de corruption des données si les accès ne sont pas contrôlés. L'exclusion mutuelle est la solution à ce problème.

Une section critique est un bloc de code dans un processus qui accède à une ressource partagée. Elle doit être protégée par un mécanisme d'exclusion mutuelle pour garantir l'intégrité des données.

Le protocole d'acquisition est la séquence d'instructions qui est exécutée avant d'entrer dans une section critique. Il sert à vérifier que l'accès à la ressource est autorisé et à empêcher l'accès d'autres processus.

Le protocole de libération est la séquence d'instructions qui est exécutée après la section critique. Il rend l'accès à la ressource à nouveau possible pour les autres processus.

La solution de Peterson est une solution algorithmique classique qui utilise des variables partagées (drapeau et tour) pour implémenter l'exclusion mutuelle. Elle est basée sur le principe de l'attente active.

L'attente active est une technique d'exclusion mutuelle où un processus teste continuellement une condition pour pouvoir accéder à sa section critique. Cela consomme des ressources CPU et peut être inefficace.

L'instruction spéciale permet d'effectuer une lecture et une modification d'une variable partagée en une seule opération atomique, ce qui garantit l'exclusion mutuelle. C'est une solution plus pratique.

Un verrou est une variable booléenne qui sert à contrôler l'accès à une ressource partagée. L'opération verrouille(v) permet de bloquer l'accès à la ressource, tandis que déverrouille(v) permet de le libérer.

Les verrous sont basés sur l'attente passive. Un processus qui essaie d'acquérir un verrou déjà bloqué est mis en attente passivement dans une file d'attente associée au verrou.

Les quatre propriétés de Dijkstra sont un ensemble de critères qui définissent les exigences essentielles pour toute solution d'exclusion mutuelle. Elles garantissent que la solution est correcte et fonctionne correctement.

A tout moment, un seul processus peut être dans sa section critique. Cette propriété prévient les accès simultanés à la ressource partagée.

Si aucun processus n'est dans sa section critique, un processus en attente doit pouvoir accéder à sa section critique au bout d'un temps fini. Cela garantit que les processus n'attendent pas indéfiniment.

Si un processus est bloqué en dehors d'une section critique, ce blocage ne doit pas empêcher l'entrée d'un autre processus en sa section critique. Cela empêche les blocages mutuels.

La solution doit s'appliquer de manière équitable à tous les processus. Aucun processus ne doit avoir de priorité ou d'avantage.

L'exclusion mutuelle par attente active signifie que le processus vérifie continuellement une condition pour pouvoir entrer dans la section critique, ce qui peut être coûteux en ressources CPU.

L'exclusion mutuelle par attente passive implique que le processus est mis en attente passivement dans une file d'attente jusqu'à ce qu'il puisse accéder à la section critique. C'est plus efficace que l'attente active.

La solution de Peterson est une solution simple d'exclusion mutuelle par attente active. Elle utilise des variables partagées « drapeau » et « tour » pour garantir l'accès exclusif à la section critique.

Les instructions spéciales offrent une manière efficace d'implémenter l'exclusion mutuelle. Elles permettent de lire et de modifier une variable partagée en une seule opération atomique, empêchant ainsi les conflits.

Les verrous sont un mécanisme couramment utilisé pour l'exclusion mutuelle par attente passive. Un processus doit acquérir un verrou avant d'accéder à la section critique, ce qui bloque les autres processus.

L'opération verrouille(v) place le verrou v à faux, empêchant ainsi d'autres processus d'accéder à la ressource. L'opération déverrouille(v) rétablit le verrou à vrai, permettant l'accès à la ressource.

La file d'attente associée à un verrou est utilisée pour gérer les processus qui attendent l'accès à la ressource. Les processus sont placés dans la file d'attente lorsqu'ils tentent de verrouiller un verrou déjà bloqué.

L'exclusion mutuelle par attente passive est généralement plus efficace que l'attente active car les processus n'utilisent pas de ressources CPU inutilement lorsqu'ils attendent l'accès à la ressource.

Les propriétés de Dijkstra garantissent que toute solution d'exclusion mutuelle est correcte et fonctionne correctement. Elles sont essentielles pour éviter les problèmes de cohérence des données et de blocages.

Les instructions spéciales sont souvent utilisées pour implémenter l'exclusion mutuelle car elles garantissent que les opérations de lecture et d'écriture sur les variables partagées sont atomiques, ce qui empêche les conflits.

Les verrous sont largement utilisés car ils fournissent un mécanisme simple et efficace pour contrôler l'accès à des ressources partagées. Ils sont souvent utilisés dans les systèmes d'exploitation et les applications multithreadées.