[Важность контроля доступа к разделяемым объектам]

Привет, друзья! Сегодня хочу поделиться интересным примером из книги "Операционные системы. Основы и принципы" Х. Дейтел. Этот пример демонстрирует важность контроля доступа к разделяемым объектам в параллельных потоках. Несоблюдение этого правила может привести к непредсказуемым результатам работы программы.

Код по ссылке: https://github.com/avagners/algorithms_and_data_structures/blob/main/algorithms/asynchronous_concurrent_execution/unsynchronized_buffer.py

Этот код создает два потока: производитель (Producer) и потребитель (Consumer), которые работают с общим ресурсом - буфером (Buffer). Производитель генерирует данные и добавляет их в буфер, а потребитель извлекает данные из буфера и суммирует их.

Ключевые моменты:

Buffer: Хранит данные в виде множества (set). Методы set и get используются для добавления и извлечения данных.
Producer: В цикле генерирует числа от 1 до 4, добавляет их в буфер и выводит сообщение о записи.
Consumer: В цикле извлекает числа из буфера, суммирует их и выводит сообщение о чтении.

Проблемы многопоточности

Каждый запуск этого кода будет выдавать непредсказуемый результат. Это происходит из-за того, что доступ к буферу не синхронизирован. Потоки могут одновременно пытаться читать и записывать данные, что приводит к ошибкам и некорректным результатам.

Важно помнить:
При работе с параллельными потоками необходимо тщательно контролировать доступ к разделяемым ресурсам. Это можно сделать с помощью механизмов синхронизации, таких как блокировки (lock), семафоры и другие средства.

В следующих постах я покажу и расскажу об алгоритмах взаимоисключений.

#Python #Multithreading #Concurrency #Programming #IT

[Алгоритм Питерсона*: Обеспечение взаимного исключения в многопоточности]

Привет, друзья! Помните пост "Важность контроля доступа к разделяемым объектам", где была продемонстрирована проблема при работе с параллельными потоками? Сегодня расскажу об интересном алгоритме для обеспечения взаимного исключения — алгоритме Питерсона. Это простое, но важное решение, которое позволяет двум потокам безопасно разделять ресурсы.

Что такое алгоритм Питерсона?
Алгоритм Питерсона — это классический способ синхронизации двух потоков, обеспечивающий их корректное взаимодействие при совместном доступе к общим данным. Он был предложен Гарри Питерсоном в 1981 году и стал одним из первых алгоритмов, которые решили проблему взаимного исключения без использования сложных синхронизирующих механизмов.

Как это работает?
Алгоритм Питерсона позволяет двум потокам координировать доступ к общим ресурсам. В нашем примере используется класс PetersonLock, который реализует этот алгоритм. Два потока (производитель и потребитель) используют блокировки для безопасной записи и чтения данных из общего буфера.

class PetersonLock:
    def __init__(self):
        self.flag: List[bool, bool] = [False, False]
        self.favored_thread: int = 0

    def lock(self, thread_id):
        other_thread = 1 - thread_id
        self.flag[thread_id] = True
        self.favored_thread = thread_id

        while self.flag[other_thread] and self.favored_thread == thread_id:
            pass

    def unlock(self, thread_id):
        self.flag[thread_id] = False

В этом коде два потока устанавливают свои флаги и координируют доступ к ресурсу через переменную favored_thread, обеспечивая таким образом взаимное исключение.

Зачем это нужно?
Хотя алгоритм Питерсона редко используется на практике в современных системах, он остаётся важным учебным примером, который помогает понять основные концепции синхронизации и взаимного исключения. Его простота делает его отличным инструментом для изучения основ многопоточного программирования.

Кто такой Питерсон?

Гарри Питерсон — американский учёный, который внёс значительный вклад в области информатики, особенно в разработку методов синхронизации и управления параллельными процессами. Его алгоритм стал основой для многих учебных курсов и учебников по операционным системам.

———
Далее я покажу другой алгоритм взаимного исключения для N-потоков - алгоритм Лэмпорта.

*В других русскоязычных источниках фамилию пишут через "е" - Петерсон.

Полный пример кода по ссылке: https://github.com/avagners/algorithms_and_data_structures/blob/main/algorithms/asynchronous_concurrent_execution/peterson_lock/peterson_lock_2.py

#Python #Concurrency #PetersonsAlgorithm #Многопоточность #Синхронизация #IT