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