Засоби синхронізації та взаємодії процесів. Проблема синхронізації

Процесам часто потрібно взаємодіяти один з одним, наприклад, один процес може передавати дані іншому процесу, або декілька процесів можуть обробляти дані із загального файлу. У всіх цих випадках виникає проблема синхронізації процесів, яка може вирішуватися призупиненням і активізацією процесів, організацією черг, блокуванням та звільненням ресурсів.

Нехтування питаннями синхронізації процесів, що виконуються в режимі мультипрограмування, може призвести до їх неправильної роботі або навіть до краху системи. Розглянемо, наприклад, програму друку файлів (принт-сервер). Ця програма друкує по черзі всі файли, імена яких послідовно в порядку надходження записують у спеціальний загальнодоступний файл "замовлень" інші програми. Особлива мінлива NEXT, також доступна всім процесам-клієнтам, містить номер першої вільної для запису імені файлу позиції файлу "замовлень". Процеси-клієнти читають цю змінну, записують у відповідну позицію файлу "замовлень" ім'я свого файла і нарощують значення NEXT на одиницю. Припустимо, що в деякий момент процес R вирішив роздрукувати свій файл, для цього він прочитав значення змінної NEXT, значення якої для визначеності припустимо рівним 4. Процес запам'ятав це значення, але помістити ім'я файлу не встиг, оскільки його виконання було перервано (наприклад, в наслідок вичерпання кванта). Черговий процес S, бажаючий роздрукувати файл, прочитав те ж саме значення змінної NEXT, помістив у четверту позицію ім'я свого файлу і наростив значення змінної на одиницю. Коли в черговий раз управління буде передано процесу R, то він, продовжуючи своє виконання, у повній відповідності зі значенням поточної вільної позиції, отриманим під час попередньої ітерації, запише ім'я файлу також в позицію 4, поверх імені файлу процесу S. Таким чином, процес S ніколи не побачить свій файл роздрукованим.

Складність проблеми синхронізації полягає в нерегулярності ситуацій, що виникають: у попередньому прикладі можна уявити й інший розвиток подій: були втрачені файли декількох процесів або, навпаки, не був втрачений жоден файл. У даному випадку все визначається взаємними швидкостями процесів і моментами їх переривання. Тому налагодження взаємодіючих процесів є складним завданням. Ситуації подібні тій, коли два або більше процесів обробляють колективні дані, і кінцевий результат залежить від співвідношення швидкостей процесів, називаються гонками.