Â¨Ubungen zu â Modellierung verteilter Systemeâ

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• Lösung b) semaphore mutex ; semaphore s e r v e ; semaphore s h a r e j ; number : array [ 0 . . . n−1] o f i n t e g e r ; repeat P( mutex ) ; number [ i ]:= max( 0 , number [ 1 ] , . . . , number [ n−1])+1; V( mutex ) ; P( s h a r e j ) ; f o r j :=0 to n−1 do begin while number [ j ]!=0 and number [ j ]
– Wenn ein Philosoph essen will, versucht er die Gabeln zu beiden Seiten seines Tellers zu bekommen. Schat er es, kann er für eine Zeit lang essen. Ist er mit Essen fertig, legt er die Gabeln wieder auf den Tisch zurück und denkt weiter nach. – Frage: Wie kann ein Programm aussehen, bei dem alle Philosophen immer mal wieder essen können und keiner am Tisch verhungert. • Lösungsansatz 1: Der naheliegendste Versuch ist, einen hungrigen Philosophen zuerst nach seiner linken Gabel greifen zu lassen. Sobald er die linke Gabel hat, greift er nach der rechten Gabel. Das Problem bei einer solchen Vorgehensweise ist dass wenn alle Philosophen gleichzeitig ihre linke Gabel schnappen, kommt es zu einer Verklemmung, einem Deadlock, und es geht nicht weiter. Eine modizierte Version dieser Vorgehensweise ist, dass ein hungriger Philosoph zuerst seine linke Gabel nimmt und dann prüft, ob die rechte Gabel verfügbar ist. Ist dies der Fall, kann er sie nehmen. Wenn nicht, legt er seine linke Gabel wieder zurück und wiederholt den Vorgang nach einer gewissen Zeit. Auch dieses Vorgehen kann zu einem Problem führen. Wenn alle Philosophen im Gleichtakt vorgehen, kommt es zu einem Lifelock. • Lösungsansatz 2: Bei einem Lifelock nimmt jeder Philosoph seine linke Gabel, stellt fest, dass die rechte Gabel nicht frei ist und legt die linke zurück und so weiter. In einer solchen Situation laufen die Prozesse zwar, aber sie kommen nicht in ihrer Abarbeitung weiter. Man spricht hier auch vom Aushungern. Eine Möglichkeit, die zumindest meistens funktioniert ist, dass die Philosophen eine nicht eine feste, sondern eine zufällig lange Zeit warten, bis sie den Vorgang wiederholen. So ist die Möglichkeit eines Lifelock sehr gering, aber es kann dennoch zeitweise zu einem Aushungern kommen. Eine funktionierende Möglichkeit ist, dass man das Aufnehmen der Gabeln, Essen und Ablegen der Gabeln als kritischen Abschnitt ansehen und unter gegenseitigem Ausschluss ablaufen lässt. In diesem Fall darf immer nur ein Philosoph essen, obwohl die Bestecke für zwei gleichzeitig essende Philosophen reichen würden • Lösungsansatz 3: Eine Lösung, bei der immer zwei Philosophen essen können und weder Deadlocks noch Lifelocks entstehen können, ist wie folgt: In einem Feld wird verfolgt, ob ein Philosoph gerade nachdenkt, isst oder hungrig ist, also versucht die Gabeln zu bekommen. Ein Philosoph kann nur in den Zustand essen übergehen, wenn seine beiden Nachbarn gerade nicht am Essen sind. Es existiert pro Philosoph ein Semaphor, so dass hungrige Philosophen blockieren können, falls die benötigten Gabeln in Gebrauch sind. Erst gelangt ein hungriger Philosoph alleine in den kritischen Bereich. Er prüft, ob seine beiden Nachbarn essen. Falls ja, blockiert er solange. Falls nein, beginnt er zu essen und verlässt den kritischen Bereich. Ist er fertig mit Essen, muss er in den kritischen Bereich kommen, seinen Status auf nachdenken setzen, die Gabeln freigeben und den kritischen Bereich verlassen. #d e f i n e N 5 /∗ Number o f p h i l o s p h e r s ∗/ #d e f i n e RIGHT( i ) ( ( ( i )+1) %N) #d e f i n e LEFT( i ) ( ( ( i )==N) 0 : ( i )+1) typedef enum { THINKING, HUNGRY, EATING } p h i l s t a t e ; p h i l s t a t e s t a t e [N ] ; semaphore mutex =1; semaphore s [N ] ; /∗ one per philosopher , a l l 0 ∗/ void t e s t ( i n t i ) { i f ( s t a t e [ i ] == HUNGRY && s t a t e [LEFT( i ) ] != EATING && s t a t e [RIGHT( i ) ] != EATING ) { s t a t e [ i ] = EATING; V( s [ i ] ) ; } }
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