Aktives Warten mit while

Der Code des bereits bekannten Beispiels zu kritischen Abschnitten wird um eine (globale) Sperrvariable erweitert, beide Threads haben damit Zugriff auf diese Variable:

Code

static int lock = 0;

Besitzt lock den Wert Null, so definiert man, dass sich aktuell kein Prozess oder Thread in seinem kritischen Abschnitt befindet. Der kritische Abschnitt darf also betreten werden, dabei muss lock auf Eins gesetzt werden.

Direkt bevor der kritische Abschnitt wieder verlassen wird, wird lock auf Null zurück gesetzt.

Alle beteiligten Prozesse oder Threads müssen beim Betreten eines kritischen Bereichs den Wert von lock prüfen, und gegebenenfalls warten.

Code
Beim Betreten des kritischen Abschnitts:

while (lock == 1);
lock = 1;

Code
Direkt vor dem Verlassen des kritischen Abschnitts:

lock = 0;


Aufgabe 1

Aufgabe
Die Bedeutung des Semikolons!

Die Codezeile

while (lock == 1);

ist sehr wichtig. Hier wird der Wert von lock geprüft und gegebenenfalls gewartet. Die Sache mit dem Warten kannst du aber nur verstehen, wenn du die Bedeutung des Semikolons ganz am Ende der Codezeile kennst.

Erläutere:
Welche Bedeutung hat das Semikolon in Verbindung mit dem while?

Und was würde passieren, wenn das Semikolon versehentlich fehlt:

while (lock == 1)        // Hier fehlt das Semikolon, Programmierfehler!
lock = 1;

(PS.: Die while-Schleife ist auch der Grund für den großen Nachteil des aktiven Wartens, siehe letzte Aufgabe ganz unten auf dieser Seite!)


Nachdem nun bekannt ist, welcher Code zur Implementierung des aktiven Wartens notwendig ist, kann dieser an den entsprechenden Stellen des Beispielprogramms eingepflegt werden.


Aufgabe 2

Aufgabe
Aktives Warten implementieren

Tu es! Füge den für das aktive Warten nötigen Code dem Beispielprogramm hinzu.


Hinweis

In dieser Lösung wird wieder gezeigt, wie zwei Threads durch die Sperrvariable beeinflusst werden. Es hat den Anschein, als ob ein Anwendungsprogrammierer sich darum kümmern müsste. (Das muss er nur bei den von ihm selbst geschaffenen "Betriebsmitteln". Es sei erneut auf das für diese Zwecke in Java integrierte Schlüsselwort synchronized verwiesen.)

Du musst gedanklich hier wieder den Sprung zu Prozessen schaffen, und zu den vielen Betriebsmitteln eines Computersystems, und zum Betriebssystem, und zu Systemaufrufen, über die letztlich das aktive Warten durch das Betriebssystem realisiert werden kann.

Dann verstehst du, dass sich der Programmierer des Betriebssystems darum kümmern muss!


Aufgabe 3

Aufgabe
Warte aktiv!

Spiele in deiner Lerngruppe das Verhalten der beiden Threads aus der Lösung zu Aufgabe 2 durch. Bedenke:

  • Es gibt nur eine CPU mit einem Kern. Es kann also nur ein Prozess zur Zeit ausgeführt werden, es kommt zu Quasi-Parallelität.
  • Interessant ist die Situation, bei der sich bereits ein Prozess in seinem kritischen Abschnitt befindet, und die Sperre gesetzt hat.
  • Der Kontextwechsel erfolgt, und der andere Prozess muss dann an der while-Schleife warten. Tut er das?


Aufgabe 4

Aufgabe
Der Nachteil des aktiven Wartens

Welchen großen Nachteil besitzen alle Verfahren, die nach dem Prinzip des aktiven Wartens verfahren?