Kritische Regionen im Gegenseitigen Ausschluss

Critical Regions

• Es gibt vier Bedingungen, die notwendig sind, um gegenseitigen Ausschluss zu gewährleisten:
  • Keine zwei Prozesse dürfen gleichzeitig in ihrer kritischen Region sein
  • Es dürfen keine Annahmen über die Geschwindigkeit oder Anzahl der CPUs gemacht werden
  • Prozesse außerhalb ihrer kritischen Region dürfen andere Prozesse nicht blockieren
  • Kein Prozess darf unendlich warten müssen, um in seine kritische Region zu gelangen

Mutual Exclusion with Busy Waiting

• Petersons Lösung für den gegenseitigen Ausschluss wird vorgestellt:
  • Sie nutzt eine gemeinsame Variable interested und eine turn-Variable
  • Ein Prozess zeigt sein Interesse durch Setzen seiner Position in interested und wartet in einer Schleife, bis der andere Prozess sein Interesse aufgibt oder turn geändert wird

Sleep and Wakeup

• Das Erzeuger-Verbraucher-Problem wird vorgestellt:
  • Der Erzeuger erzeugt Elemente in einen Puffer und der Verbraucher entfernt sie
  • Wenn der Puffer voll ist, geht der Erzeuger schlafen und wacht erst wieder auf, wenn der Verbraucher ein Element entfernt

Semaphores

• Semaphoren werden als Lösung für das Erzeuger-Verbraucher-Problem eingeführt:
  • Drei Semaphoren (mutex, empty und full) steuern den Zugriff auf den Puffer und verhindern Wettlaufsituationen
  • Die down- und up-Operationen stellen sicher, dass Prozesse blockieren, wenn der Zähler null ist, und aufwachen, wenn der Zähler größer wird

Mutexes

• mutex_lock und mutex_unlock für binäre Semaphoren (Mutex) werden erklärt:
  • Mutexe dienen dem gegenseitigen Ausschluss und zählen nicht wie Semaphoren
  • Die mutex_lock-Operation gewährt Zugang zur kritischen Region oder blockiert, während mutex_unlock den exklusiven Zugriff zurückgibt oder einen wartenden Prozess aufweckt

Monitors

• Monitore werden als höhere Synchronisationsmechanismen eingeführt:
  • Ein Monitor ist eine Sammlung von Funktionen und internen Variablen, auf die nur über diese Funktionen zugegriffen werden kann
  • Der Compiler stellt sicher, dass zu jedem Zeitpunkt maximal ein Prozess im Monitor aktiv ist

Message Passing

• Nachrichtenaustausch (Message Passing) wird als Mechanismus zur Interprozesskommunikation zwischen verschiedenen Computersystemen eingeführt:
  • Nachrichten werden zwischen Prozessen gesendet und empfangen, um die Synchronisation und den Datenaustausch zu ermöglichen
  • Bestätigungen und eindeutige Nachrichtennummern sind notwendig, um Nachrichtenverluste zu vermeiden

Dining Philosophers

• Das Problem der Dining Philosophers wird beschrieben:
  • Philosophen wechseln zwischen Denken und Essen, wobei sie zwei Gabeln zum Essen benötigen
  • Das Problem zeigt Herausforderungen und Lösungen in der Interprozesskommunikation und Ressourcensynchronisation

Leser-Schreiber-Problem

• Das Leser-Schreiber-Problem wird beschrieben:
  • Es geht darum, wie Leseprozesse und Schreibprozesse auf gemeinsame Daten zugreifen
  • Die Lösung verwendet Semaphore, um den Zugriff auf den Referenzzähler rc und die Datenbank db zu steuern

Erfahren Sie, wie gegenseitiger Ausschluss in der Informatik funktioniert und welche Bedingungen dafür notwendig sind. Lernen Sie die vier Grundregeln kennen, um sicherzustellen, dass Prozesse nicht gleichzeitig in ihrer kritischen Region sind.