Δζληθό Μεηζόβην Πνιπηερλείν Σρνιή Ζιεθηξνιόγσλ Μερ. θαη Μεραληθώλ Υπνινγηζηώλ Δξγαζηήξην Υπνινγηζηηθώλ Σπζηεκάησλ 3ε Δξγαζηεξηαθή Άζθεζε: Σπγρξνληζκόο Λεηηνπξγηθά Σπζηήκαηα Υπνινγηζηώλ 7ν Δμάκελν, 2014-2015 Σύλνςε  Πξνβιήκαηα ζπγρξνληζκνύ  Υινπνηήζεηο κε POSIX Threads  POSIX Mutexes, Semaphores, Condition Variables θαη GCC atomic operations  Ε1: Σπγρξνληζκόο ζε ππάξρνληα θώδηθα  simplesync.c  Με POSIX mutexes θαη GCC atomic ops  Ε2: Παξαιιεινπνίεζε ππάξρνληα θώδηθα  Σπγρξνληζκόο λεκάησλ γηα παξάιιειν ππνινγηζκό  Ε3: Δπίιπζε πξνβιήκαηνο ζπγρξνληζκνύ  Με δεδνκέλνπο πεξηνξηζκνύο γηα ηα λήκαηα Σύλνςε  Πξνβιήκαηα ζπγρξνληζκνύ  Υινπνηήζεηο κε POSIX Threads  POSIX Mutexes, Semaphores, Condition Variables θαη GCC atomic operations  Ε1: Σπγρξνληζκόο ζε ππάξρνληα θώδηθα  simplesync.c  Με POSIX mutexes θαη GCC atomic ops  Ε2: Παξαιιεινπνίεζε ππάξρνληα θώδηθα  Σπγρξνληζκόο λεκάησλ γηα παξάιιειν ππνινγηζκό  Ε3: Δπίιπζε πξνβιήκαηνο ζπγρξνληζκνύ  Με δεδνκέλνπο πεξηνξηζκνύο γηα ηα λήκαηα Γεκηνπξγία λεκάησλ ζηα POSIX Threads  Γεκηνπξγία κε pthread_create()  int pthread_create(pthread_t * thread, pthread_attr_t * attr, void * (*start_routine)(void *), void * arg);  π.ρ. pthread_create(&tid, &attr, thread_fn, arg)  Αλακνλή γηα ηεξκαηηζκό (pthread_exit()) κε pthread_join() thread1 pthread_create thread1 thread2 Compute thread2 pthread_join thread1 thread2 (stopped) pthread_exit Σύλνςε  Πξνβιήκαηα ζπγρξνληζκνύ  Υινπνηήζεηο κε POSIX Threads  POSIX Mutexes, Semaphores, Condition Variables θαη GCC atomic operations  Ε1: Σπγρξνληζκόο ζε ππάξρνληα θώδηθα  simplesync.c  Με POSIX mutexes θαη GCC atomic ops  Ε2: Παξαιιεινπνίεζε ππάξρνληα θώδηθα  Σπγρξνληζκόο λεκάησλ γηα παξάιιειν ππνινγηζκό  Ε3: Δπίιπζε πξνβιήκαηνο ζπγρξνληζκνύ  Με δεδνκέλνπο πεξηνξηζκνύο γηα ηα λήκαηα Μεραληζκνί (POSIX)  POSIX Threads <pthread.h>  pthread_create(), pthread_join()  POSIX Mutexes <pthread.h>  pthread_mutex_init()  POSIX (unnamed) Semaphores <semaphore.h>  Manpages: sem_overview(7), sem_init(3), sem_post(3), sem_wait(3).  POSIX condition variables:  pthread_cond_init(), pthread_cond_wait(), pthread_cond_signal(), pthread_cond_broadcast()  Εγκαηαζηήζηε ηα παθέηα manpages-posix, manpages-posix-dev: man –a sem_post Μεραληζκνί (GCC atomic operations)  GCC atomic operations  http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.1.2/gcc/AtomicBuiltins.html  Δηδηθέο εληνιέο (builtins) / ζπλαξηήζεηο γηα αηομική ππόζβαζη  __sync_add_and_fetch(), __sync_sub_and_fetch(), … Σύλνςε  Πξνβιήκαηα ζπγρξνληζκνύ  Υινπνηήζεηο κε POSIX Threads  POSIX Mutexes, Semaphores, Condition Variables θαη GCC atomic operations  Ε1: Σπγρξνληζκόο ζε ππάξρνληα θώδηθα  simplesync.c  Με POSIX mutexes θαη GCC atomic ops  Ε2: Παξαιιεινπνίεζε ππάξρνληα θώδηθα  Σπγρξνληζκόο λεκάησλ γηα παξάιιειν ππνινγηζκό  Ε3: Δπίιπζε πξνβιήκαηνο ζπγρξνληζκνύ  Με δεδνκέλνπο πεξηνξηζκνύο γηα ηα λήκαηα Ε1: Σπγρξνληζκόο ζε ππάξρνληα θώδηθα  Γύν λήκαηα: TINCREASE, TDECREASE  Απμάλνπλ/κεηώλνπλ ην κοινό n, N θνξέο, αληίζηνηρα  Αξρηθή ηηκή n = 0. Σρήκα ζπγρξνληζκνύ ώζηε Τν n λα παξακείλεη 0 κεηά ην ηέινο ηεο εθηέιεζήο ηνπο. enter exit for (Ν θοπέρ) { for (Ν θοπέρ) { ++ n; - - n; } } TINCREASE TDECREASE n Ε1: Σπγρξνληζκόο ζην simplesync.c  Δύο πινπνηήζεηο  Ζ1α. POSIX mutexes  Ζ1β. GCC atomic operations: __sync_*() for (Ν θοπέρ) { enter exit for (Ν θοπέρ) { ++ (*ip); - - (*ip); } } TINCREASE TDECREASE n *ip Ε1: Σπγρξνληζκόο ζε ππάξρνληα θώδηθα  Ζ1α. POSIX mutexes/semaphores  Κώδηθαο μόνο ζηα ζεκεία “enter”, “exit”  Καηάιιεια αξρηθνπνηεκέλα mutexes ή ζεκαθόξνη  wait(), signal() ζε απηνύο  Φσξίο αιιαγή ηνπ θώδηθα πνπ πεηξάδεη ηε κεηαβιεηή  Ζ1β. GCC atomic operations  Αλλαγή ηνπ ηξόπνπ πξόζβαζεο ζηε κεηαβιεηή  Απαηηείηαη πιένλ θώδηθαο ζηα “enter”, “exit”; Ε1: Σπγρξνληζκόο ζην simplesync.c  Δύο πινπνηήζεηο  Ζ1α. POSIX mutexes  Ζ1β. GCC atomic operations: __sync_*() for (Ν θοπέρ) { enter exit for (Ν θοπέρ) { ++ (*ip); - - (*ip); } } TINCREASE TDECREASE n *ip Σύλνςε  Πξνβιήκαηα ζπγρξνληζκνύ  Υινπνηήζεηο κε POSIX Threads  POSIX Mutexes, Semaphores, Condition Variables θαη GCC atomic operations  Ε1: Σπγρξνληζκόο ζε ππάξρνληα θώδηθα  simplesync.c  Με POSIX mutexes θαη GCC atomic ops  Ε2: Παξαιιεινπνίεζε ππάξρνληα θώδηθα  Σπγρξνληζκόο λεκάησλ γηα παξάιιειν ππνινγηζκό  Ε3: Δπίιπζε πξνβιήκαηνο ζπγρξνληζκνύ  Με δεδνκέλνπο πεξηνξηζκνύο γηα ηα λήκαηα Ε2: Παξαιιεινπνίεζε: the Mandelbrot Set The Mandelbrot Set: Οξηζκόο The Mandelbrot Set: ζρεδίαζε  Γηα θάζε ζεκείν c κηαο πεξηνρήο ηνπ κηγαδηθνύ επηπέδνπ  Δπαλαιεπηηθόο ππνινγηζκόο ηνπ zn+1= zn2 + c, z0 = 0, κέρξη λα μεθύγεη ην |zn|  Κάζε pixel ρξσκαηίδεηαη αλάινγα κε ηνλ αξηζκό ησλ επαλαιήςεσλ πνπ ρξεηάζηεθαλ, ή nmax  Υπάξρνπλ θη άιινη αιγόξηζκνη The Mandelbrot Set: θώδηθαο  Σαο δίλεηαη θώδηθαο (mandel.c) πνπ δσγξαθίδεη εηθόλεο από ην ζύλνιν Mandelbrot  Σην ηεξκαηηθό, κε ρξσκαηηζηνύο ραξαθηήξεο  Κάζε εηθόλα είλαη πιάηνπο x_chars, ύςνπο y_chars  Ζ ζρεδίαζε γίλεηαη επαλαιεπηηθά, γηα θάζε γξακκή  Σπλαξηήζεηο  compute_and_output_mandel_line(fd, line)  mandel_iterations_at_point(x, y, MAX)  set_xterm_color(fd, color) The Mandelbrot Set: Παξαιιεινπνίεζε Τ0 Τ1 Τ0 Τ1 Τ0 Τ1 Τ0 Τ1 Τ0 Τ1 Τ0 Τ1 Τ0 Τ1 Τ0 Τ1 Τ0 Τ1  Καηαλνκή ηνπ θνξηίνπ y_chars αλά γραμμές  Ξεθηλώληαο από ην πξώην λήκα, αλάζεζε γξακκώλ κε θπθιηθή επαλαθνξά  Νήκα i από N: i, i + N , i + 2*N, i + 3*N θιπ Σςγσπονιζμόρ; x_chars Σύλνςε  Πξνβιήκαηα ζπγρξνληζκνύ  Υινπνηήζεηο κε POSIX Threads  POSIX Mutexes, Semaphores, Condition Variables θαη GCC atomic operations  Ε1: Σπγρξνληζκόο ζε ππάξρνληα θώδηθα  simplesync.c  Με POSIX mutexes θαη GCC atomic ops  Ε2: Παξαιιεινπνίεζε ππάξρνληα θώδηθα  Σπγρξνληζκόο λεκάησλ γηα παξάιιειν ππνινγηζκό  Ε3: Δπίιπζε πξνβιήκαηνο ζπγρξνληζκνύ  Με δεδνκέλνπο πεξηνξηζκνύο γηα ηα λήκαηα Ε3: Δπίιπζε πξνβιήκαηνο ζπγρξνληζκνύ  Έλα νηπιαγωγείο (Kindergarten)  Δάζκαλοι θαη παιδιά.  Καζνξηζκέλε κέγηζηε αλαινγία παηδηώλ αλά δάζθαιν: R παηδηά αλά δάζθαιν, π.ρ. 3:1.  Γεδνκέλε πινπνίεζε  N λήκαηα: C λήκαηα πξνζνκνηώλνπλ παηδηά, ηα ππόινηπα N - C δαζθάινπο.  Σαο δίλεηαη θώδηθαο, πνπ απνηπγράλεη. Ε3: Δπίιπζε πξνβιήκαηνο ζπγρξνληζκνύ “entering” “entering” “entering” “entering” C_ENTER() C_ENTER() T_ENTER() T_ENTER() verify() verify() verify() verify() C_EXIT() C_EXIT() T_EXIT() T_EXIT() “exited” “exited” “exited” “exited” TC … TC TT Struct kindergarten_struct { /* … */ }; TT Ε3: Δπίιπζε πξνβιήκαηνο ζπγρξνληζκνύ  Σπλζήθεο αιιαγήο θαηάζηαζεο:  Παηδί: • Μπαίλεη -> ππάξρνπλ ηνπιάρηζηνλ (C+1)/R δάζθαινη γηα λα κε ππνζηεξίμνπλ; • Βγαίλεη -> άλεπ όξσλ (ελεκεξώλεη αλ ζέιεη θάπνηνο δάζθαινο λα βγεη αλ (N - C - 1) * R >= C)  Γάζθαινο: • Μπαίλεη -> αλ πεξηκέλνπλ παηδηά, κπνξνύλ λα κπνύλ κέρξη R • Βγαίλεη -> ππάξρνπλ αξθεηνί δάζθαινη γηα λα ππνζηεξίμνπλ ηα παηδηά; (N - C - 1) * R >= C. Ε3: Δπίιπζε πξνβιήκαηνο ζπγρξνληζκνύ Παιδιά: αναμονή για είζοδο Δάζκαλορ Παιδί Νηπιαγωγείο Δάζκαλοι: αναμονή για έξοδο Παιδί Ε3: Δπίιπζε πξνβιήκαηνο ζπγρξνληζκνύ (condition variables) pthread_mutex_t Lock; pthread_cond_t cond; int counter = 0; /* Thread A */ pthread_mutex_lock(&Lock); while (counter < 10) pthread_cond_wait(&cond, &Lock); pthread_mutex_unlock(&Lock); /* Thread B */ pthread_mutex_lock(&Lock); counter++; If (counter >= 10) pthread_cond_signal(&cond); pthread_mutex_unlock(&Lock); Δξσηήζεηο; θαη ζηε ιίζηα: OS@lists.cslab.ece.ntua.gr