Ангелы и демоны многопоточного программирования / Алексей Федоров (...

Ad

Ad

Ad

Ad

Ad

Ad

Ad

Ad

Ad

Ad

Ad

Ad

Ангелы и демоны
многопоточного программирования
Алексей Федоров,
Одноклассники

Зачем вы здесь?

3
Concurrency

4
Concurrency

5
Чего не будет в презентации
• Определений из учебника
- Больше интересует сама концепция
• Сравнения производительности
...

6
А что будет-то?
• Пара простых многопоточных примеров
• Куча связанных с ними проблем
• Варианты решений
- Которые, разу...

7
Пререквизиты
Нужно примерно понимать, что такое
• процесс
• поток / нить
• синхронизация
• блокировка
• volatile

Пример. Банковские аккаунты

10
public void transfer (
Account from, Account to, int amount) {
if (from.get() < amount) {
throw new RuntimeException();...

11
public void transfer (
Account from, Account to, int amount) {
if (from.get() < amount) {
throw new RuntimeException();...

12
Кто такой lock
• lock.lock
- Вход в критическую секцию
- свободно — взять
- занято — ждать, пока освободится
• lock.unl...

13
public void transfer (
Account from, Account to, int amount) {
lock(bank);
if (from.get() < amount) {
throw new Runtime...

14
public void transfer (
Account from, Account to, int amount) {
lock(bank);
if (from.get() < amount) {
throw new Runtime...

15
public void transfer (
Account from, Account to, int amount) {
lock(from); lock(to);
if (from.get() < amount) {
throw n...

Проблема обедающих философов
Dijkstra, 1965
Hoare, 1985
Что это?

17
• 5 философов по кругу
– Тарелка с едой перед каждым
– Вилки между тарелками
• Каждый может
– Размышлять
– Брать соседн...

18
Проблемы с обедающими философами
Пусть каждый философ действует по
некоторому алгоритму
• Могут ли все философы умерет...

19
Параметры задачи
• Количество философов
• Есть ли возможность положить вилку, не пожрамши
• Сколько времени философ ест...

20
Простое решение
• Когда философ хочет есть, он делает следующие шаги:
1. Берёт левую от себя вилку
2. Берёт правую от с...

21
Философы в коде
while (true) {
take(leftFork);
take(rightFork);
eat();
put(rightFork);
put (leftFork);
think();
}

Deadlock

24
Философы в коде
while (true) {
take(leftFork);
take(rightFork);
eat();
put(rightFork);
put (leftFork);
think();
}

25
Философы в коде
while (true) {
take(leftFork);
take(rightFork);
eat();
put(rightFork);
put (leftFork);
think();
}

Теория

27
Ресурсы и взаимоблокировка
Ресурс – объект, к которому предоставляется доступ
Во время работы процесс может брать (захв...

28
Взаимоблокировка (Deadlock)
Взаимоблокировка – такое состояние системы, при котором
два или более процессов не могут п...

29
Выгружаемые и невыгружаемые ресурсы
• Выгружаемые ресурсы — ресурсы, которые могут быть
безболезненно отобраны у проце...

30
Операции над невыгружаемыми ресурсами
• Запрос ресурса
- Берём ресурс
- или ждём (встаём в «очередь» ожидания)
• Испол...

31
Виды блокирующих запросов
• без таймаута
• с таймаутом
• с исключением (ошибкой)

32
Условия возникновения взаимоблокировок
Коффман, 1971
1. Условие взаимного исключения
2. Условие удержания и ожидания
3....

33
Условие взаимного исключения
Каждый ресурс либо выделен в данный момент только
одному процессу, либо доступен для всех.

34
Условие удержания и ожидания
Процессы, удерживающие в данный момент ранее
выделенные им ресурсы, могут запрашивать нов...

35
Условие невыгружаемости
Ранее выделенные ресурсы не могут быть принудительно
отобраны у процесса.
Они должны быть явн...

36
Условие циклического ожидания
Должна существовать кольцевая последовательность из
двух и более процессов, каждый из ко...

37
Моделирование взаимоблокировок
Ресурс занят Запрос ресурса
A
P
B
Q

38
Моделирование взаимоблокировок
Ресурс занят Запрос ресурса Взаимоблокировка
A
P
B
Q
C
S
D
R
Граф ожидания (Holt, 1972)

39
Условия возникновения взаимоблокировок — ещё раз
Коффман, 1971
1. Условие взаимного исключения
2. Условие удержания и о...

40
Найдите Deadlock
C S
F
R A
D
U
T
B
V
E
GW

41
Найдите Deadlock
C S
F
R A
D
U
T
B
V
E
GW

Стратегии борьбы с блокировками

43
Стратегии борьбы с блокировками
• Игнорирование проблемы
• Обнаружение и восстановление
• Динамическое уклонение
• Пред...

44
Кто использует стратегии борьбы?
• Базы данных
- Блокировки на строках, таблицах, индексах и т.д.

45
Алгоритм Страуса
Bird Straush, 1974

46
Алгоритм Страуса
Bird Straush, 1974 до. н.э.

47
Алгоритм Страуса
(Делаем вид, что проблема отсутствует)
Это ОК?
?

48
Алгоритм Страуса
(Делаем вид, что проблема отсутствует)
• Насколько часто возникает проблема?
• Как часто возникают сбо...

49
Обнаружение взаимоблокировок и
восстановление работоспособности
• Шаги
- Позволить блокировке произойти
- Пытаться обна...

50
Выход из взаимоблокировки
• Приоритетный захват ресурсов
- Приоритезировать (все) процессы
- Отобрать ресурс у менее пр...

52
Выход из взаимоблокировки — Откат
• Периодически создаются контрольные точки
• При обнаружении блокировки происходит от...

53
Уклонение от взаимоблокировки
• Алгоритм банкира (Дейкстра, 1965)
• В основе — идея о траекториях

54
• Алгоритм банкира (Дейкстра, 1965)
• В основе — идея о траекториях
I, scheduler

55
Предотвращение взаимоблокировки
• Атака условия взаимного исключения
• Атака условия ожидания и удержания
• Атака услов...

56
Атака условия взаимного исключения
• Возможна редко — часто программа становится
некорректной
• Идея — убирать ненужны...

57
Атака условия ожидания и удержания
• Запрашивать ВСЕ необходимые ресурсы не в
процессе работы, а до начала работы
- Но...

58
Атака условия циклического ожидания
C
S
D
R

59
Атака условия циклического ожидания
• Нумерация ресурсов!
- Захватывать ресурсы только в порядке возрастания номеров
1
...

60
Вернемся к философам
1
2 3
4
5

61
Пронумеруем философов и вилки
3
1
2 3
4
5
1
2 4
5

Это работает

63
Пронумеровали вилки
• Ура! Количество съеденного постоянно растет!
- Значит ли это, что никто из философов не голодает?

64
291200
1
2 3
4
5
170 2028000
10800
10

65
Голодание (Starvation)
• Голодание — ситуация, в которой поток, от которого
ожидается прогресс, (практически) стоит на...

66
Голодание (Starvation)
• Голодание — ситуация, в которой поток, от которого
ожидается прогресс, (практически) стоит на...

67
Атака условия невыгружаемости
• Разрешить выгружать!

68
Livelock

69
Livelock
• Система занята какой-то работой
• При этом прогресса нет

70
Распределенные блокировки
DR

71
Распределенные блокировки
D
?

73
Решение
• Думать головой
• Не использовать блокировки там, где не нужно
• Брать как можно позже
• Отпускать как можно р...

74
Решение
• Думать головой
• Не использовать блокировки там, где не нужно
• Брать как можно позже
• Отпускать как можно р...

Литература

76
Литература

Вопросы и ответы

Спасибо за внимание!
@23derevo
alexey.fyodorov@corp.mail.ru

Share SlideShare

Facebook
Twitter
LinkedIn

Embed

Size (px)

Show related SlideShares at end

WordPress Shortcode

Link

Share
Email

Оптимизации уровня CPU, Андрей Аки... by Ontico 1214 views
Распределенные системы в Одноклассн... by Ontico 733 views
10 способов достижения HighLoad'а и... by Ontico 1835 views
Кластеры баз данных делаем сложные ... by Ontico 2392 views
Чему мы научились, разрабатывая мик... by Ontico 2401 views
Коэволюция enterprise и open-source... by Ontico 641 views

Top clipped slide

1 of 78 Ad

1 of 78 Ad