Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- so:cursuri:curs-08 [2014/04/07 23:47]
razvan.deaconescu [Creare de thread-uri și spațiu de adresă]
+++ so:cursuri:curs-08 [2019/04/10 23:07] (current)
razvan.deaconescu [Utilitate apeluri reentrante]
@@ Line 1: / Line 1: @@
 ====== Curs 08 - Fire de execuție ======
-<html>
-<iframe src="http://prezi.com/embed/3noq9rp6p95k/?bgcolor=ffffff&amp;lock_to_path=0&amp;autoplay=0&amp;autohide_ctrls=0&amp;features=undefined&amp;disabled_features=undefined" width="550" height="400" frameBorder="0"></iframe>
-</html>
   * [[http://prezi.com/3noq9rp6p95k/curs-8-so/?kw=view-3noq9rp6p95k&rc=ref-31844697 | Curs 08 - Fire de execuție (vizualizare Prezi)]]
   * [[http://elf.cs.pub.ro/so/res/cursuri/SO_Curs-08.pdf | Curs 08 - Fire de execuție (PDF)]]
+  * [[https://drive.google.com/open?id=1oXIYiGsEYUNviw2BJ27XFzJnIDcKg7H_MxcY0ifnMJA|Notițe de curs]]
   * Suport curs
-    * Operating Systems Concepts
+    * Operating Systems Concepts Essentials
       * Capitolul 4 - Threads
     * Modern Operating Systems
@@ Line 19: / Line 17: @@
       * Capitolul 7 - Threads and Scheduling
       * Capitolul 8 - Thread Synchronization
+<html>
+  <center>
+    <iframe src="https://prezi.com/embed/3noq9rp6p95k/?bgcolor=ffffff&amp;lock_to_path=0&amp;autoplay=0&amp;autohide_ctrls=0&amp;features=undefined&amp;disabled_features=undefined" width="550" height="400" frameBorder="0"></iframe>
+  </center>
+</html>
 ===== Demo-uri =====
@@ Line 53: / Line 57: @@
 ==== Creare de thread-uri și spațiul de adresă ====
-Dorim să vedem cum afectează crearea thread-urilor spațiul de adresă al procesului. Pentru aceasta accesăm subdirectorul ''address-space/''; urmărim conținutul fișierului ''address-space.c''. În cadrul fișierului se creează 5 thread-uri. La începutul programului și după fiecare creare de thread se așteaptă apăsarea tastei ''ENTER'' de utilizator; în această vreme utilizatorul poate inspecta spațiul de adresă. Thread-urilor afișează un mesaj simplu și apoi așteaptă ''100'' de secunde.
+Dorim să vedem cum afectează crearea thread-urilor spațiul de adresă al procesului. Pentru aceasta accesăm subdirectorul ''address-space/''; urmărim conținutul fișierului ''address-space.c''. În cadrul fișierului se creează 5 thread-uri. La începutul programului și după fiecare creare de thread se așteaptă apăsarea tastei ''ENTER'' de utilizator; în această vreme utilizatorul poate inspecta spațiul de adresă. Thread-urile afișează un mesaj simplu și apoi așteaptă ''100'' de secunde.
 Compilăm codul sursă folosind comanda ''make''. Rezultă executabilul ''address-space''.
@@ Line 73: / Line 77: @@
 ==== Partajare informație între procese și thread-uri ====
-Ne propunem să investigăm modul în care thread-urile partajează datele, iar procesele nu. Pentru aceasta accesăm subdirectorul ''creation-time/''; urmărim conținutul fișierelor ''process.c'' și ''thread.c''. În ambele fișiere se incrementează o variabilă globală (''data_var'') în cadrul unui proces nou și într-un thread nou. Variabila globală este inițializată la ''0''.
+Ne propunem să investigăm modul în care thread-urile partajează datele, iar procesele nu. Pentru aceasta accesăm subdirectorul ''shared-data/''; urmărim conținutul fișierelor ''process.c'' și ''thread.c''. În ambele fișiere se incrementează o variabilă globală (''data_var'') în cadrul unui proces nou și într-un thread nou. Variabila globală este inițializată la ''0''.
 Compilăm cele două programe folosind ''make''. Rezultă două fișiere în format executabil: process și thread.
@@ Line 86: / Line 90: @@
 </code>
-Observăm că procesele au o secțiune de date proprie; fiecare incrementare s-a făcut de la ''0'' la ''1''. Thread-urile (aceluiași proces) partajează însă secțiunea de date. În acest caz un thread-ul nou creat incrementează variabila de la ''0'' la ''1'', pe când thread-ul inițial incrementează variabila de la ''1'' la ''2''.
+Observăm că procesele au o secțiune de date proprie; fiecare incrementare s-a făcut de la ''0'' la ''1''. Thread-urile (aceluiași proces) partajează însă secțiunea de date. În acest caz thread-ul nou creat incrementează variabila de la ''0'' la ''1'', pe când thread-ul inițial incrementează variabila de la ''1'' la ''2''.
 ==== Stiva unui thread în spațiul de adresă ====
-TODO
+Ne propunem să urmărim separația efectivă a stivelor thread-urilor aceluiași proces. Pentru aceasta accesăm subdirectorul ''stack-access/''; urmărim conținutul fișierului ''stack-access.c''. În cadrul fișierului se creează două thread-uri, unul care citește și altul care scrie într-o variabilă.
+Programul este făcut în așa fel încât să se întâmple următoarea secvență:
+  - Thread-ul writer doarme preț de ''2'' secunde.
+  - Thread-ul reader inițializează variabila ''local_var'' la valoarea ''0x11111111''.
+  - Thread-ul reader inițializează variabila globală ''stack_var_pointer'' la adresa variabilei ''local_var''.
+  - Thread-ul reader afișează valoarea variabilei ''local_var''.
+  - Thread-ul reader doarme preț de ''5'' secunde.
+  - Thread-ul writer modifică valorea zonei referite de ''stack_var_pointer'', adică valoarea variabilei ''local_var'' la valoarea ''0x22222222''.
+  - Thread-ul writer își încheie execuția.
+  - Thread-ul reader afișează valoarea variabilei ''local_var''.
+Programul de față arată că un thread poate accesa și scrie fără nici o problemă pe stiva altui thread cât timp știe unde este stiva (sau variabila de pe stivă). În cazul de față este vorba de variabila ''local_var'' locală thread-ului reader; adresa acestei variabile este stocată în variabila globală de tip pointer ''stack_var_pointer'' accesibilă și thread-ului writer.
+Pentru a testa programul compilăm folosind ''make''. Obținem fișierul în format executabil ''stack-access'' pe care îl rulăm:<code bash>
+$ ./stack-access
+writer: going to sleep for 2 seconds ...
+reader: local_var is 0x11111111, local_var address is: 0x7fcaf4f90f4c
+reader: going to for 5 seconds ...
+writer: write 0x22222222 to reader local_var (address is 0x7fcaf4f90f4c)
+writer: end execution
+reader: local_var is 0x22222222
+reader: end execution
+</code>
+Observăm că, la final, thread-ul reader a afișat valoarea variabilei locale (de pe stiva sa) ''local_var'' iar valoarea acesteia este ''0x22222222'', valoare stabilită de thread-ul writer. Thread-ul writer a reușit să scrie în stiva thread-ului reader. Acest lucru este posibil pentru că thread-urile partajează spațiul de adrese al procesului din care fac parte; deși fiecare thread are stiva sa, accesul unui thread la stiva altuia nu este protejat de sistemul de operare; ambele stive se găsesc în același spațiu de adresă și orice thread le poate modifica pe oricare dintre ele.
 ==== Utilitate apeluri reentrante ====
-TODO
+Dorim să validăm importanța apelurilor reentrante în lucrul cu thread-uri. Pentru aceasta accesăm subdirectorul ''reentrant/''; parcurgem fișierul cod sursă ''rentrant.c''. Fișierul creează ''NUM_THREADS'' thread-uri și timp de ''NUM_THREADS'' runde apelează funcția nereentrantă [[http://man7.org/linux/man-pages/man3/ctime.3.html|ctime]] sau varianta reentrantă a acesteia [[http://man7.org/linux/man-pages/man3/ctime.3.html|ctime_r]].
+Compilăm programul folosind comanda ''make''. În urma compilării rezultă două fișiere în format executabil:
+  * Fișierul ''reentrant'' folosește funcția ''ctime'' (varianta nereentrantă).
+  * Fișierul ''reentrant-ok'' folosește funcția ''ctime_r'' (varianta reentrantă).
+Rulăm cele două executabile cu redirectarea output-ului într-un fișier:<code bash>
+./reentrant > out
+./reentrant-ok > out-ok
+</code>
+Urmărim diferențele între cele două fișiere:<code bash>
+$ ls -l
+total 9596
+[...] 4780850 Apr  8 00:47 out
+[...] 4992000 Apr  8 00:48 out-ok
+</code>
+Observăm că fișierul de ieșire în cazul executabilului cu varianta nereentrantă are dimensiunea mai mică, deci absența reentranței a cauzat incoerența datelor obținute. Acest lucru se întâmplă întrucât, în momentul în care un thread folosește funcția ''printf'' pentru a afișa bufferul ''str_time[i]'' un alt thread îl poate modifica chiar în acel moment, iar datele devin incoerente.
+Dacă folosim comanda ''file'' vom vedea că se raportează că fișierul ''out'' este conținut binar, încă o dovadă a incoerenței informațiilor furnizate:<code bash>
+$ file out
+out: data
+$ file out-ok
+out-ok: ASCII text
+</code>
+În cazul folosirii programelor cu thread-uri, trebuie folosite versiunile reentrante ale funcțiilor de bibliotecă.
+==== Implementare de thread-uri în Java și Python ====
+În Java și Python implementările de thread-uri sunt cu suport din partea sistemului de operare. Adică o operație de creare a unui thread rezultă în crearea unui thread în kernel space (kernel-level threads).
+Pentru a verifica acest lucru accesăm subdirectorul ''lang/'' unde avem fișierul sursă ''MultithreadingTest.java'' și ''threading_demo.py''. Pentru a compila fișierul ''MultithreadingTest.java'' folosim comanda ''make''.
+Rularea ambelor programe duce la crearea de a câte unui thread în momentul apăsării tastei ''ENTER''. Pentru Java rulăm comanda:
+<code>
+$ java MultithreadingTest
+Press ENTER to create new thread ...
+Press ENTER to create new thread ...
+Thread 12 is running
+Press ENTER to create new thread ...
+Thread 13 is running
+Press ENTER to create new thread ...
+Thread 14 is running
+Press ENTER to create new thread ...
+Thread 15 is running
+[...]
+</code>
+Durează ''SLEEP_TIME'' secunde ca thread-urile să își încheie execuția.
+Pentru Python rulăm:
+<code>
+$ python threading_demo.py
+Press ENTER to create new thread ...
+Thread 140481023772416 is runningPress ENTER to create new thread ...
+Thread 140481015379712 is running
+Press ENTER to create new thread ...
+Press ENTER to create new thread ...
+ Thread 140481006987008 is running
+Thread 140480796948224 is running
+ Press ENTER to create new thread ...
+[...]
+</code>
+La fel, durează ''SLEEP_TIME'' secunde ca thread-urile să își încheie execuția.
+Pentru a verifica faptul că sunt într-adevăr create thread-uri noi rulăm în altă terminal comenzile de mai jos pentru Java:
+<code>
+$ ps -efL | grep Multithreading | wc -l
+
+$ ps -efL | grep Multithreading | wc -l
+
+$ ps -efL | grep Multithreading | wc -l
+
+$ ps -efL | grep Multithreading | wc -l
+
+</code>
+Observăm creșterea numărului de thread-uri pe măsură ce le creăm folosind opțiunea ''-L'' a comenzii ''ps'' (pentru //lightweight process//).
+La fel procedăm și pentru Python:
+<code>
+$ ps -efL | grep threading_demo | wc -l
+
+$ ps -efL | grep threading_demo | wc -l
+
+$ ps -efL | grep threading_demo | wc -l
+
+</code>
+De avut în vedere că în Python, deși thread-urile au suport în kernel și au potențialul de a rula simultan, nu vor face aceste lucru din cauza unui lock global din interpretorul Python numit GIL ([[https://wiki.python.org/moin/GlobalInterpreterLock|Global Interpreter Lock]]). Este vorba de CPython, intepretorul de referință Python. IronPython nu are GIL și poate rula cu adevărat în paralel thread-uri cu suport de la nivelul nucleului.

Informații generale SO

Informații SO 2021-2022

Laboratoare

Curs

Accesibile pe GitHub, în organizația Open Education Hub, cu deployment prin Docusaurus.

Cursuri vechi

Teme

so/cursuri/curs-08.1396903657.txt.gz · Last modified: 2014/04/07 23:47 by razvan.deaconescu

Show page Old revisions

Media Manager Back to top