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Monitor

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Un monitor è un costrutto dei linguaggi di programmazione in grado di controllare l’accesso ai dati condivisi. In particolare, tramite tale costrutto, il codice relativo alla sincronizzazione viene inserito direttamente dal compilatore e imposto dal runtime stesso del linguaggio utilizzato. I processi che tentano di accedere al monitor vengono messi all’interno di una queue. Formalmente, un monitor è costituito da:

  • un lock, utilizzato per assicurare la mutua esclusione sui dati condivisi e sui thread,
  • zero o più variabili di condizione, utilizzate per gestire gli accessi concorrenti ai dati condivisi.

MUTUA ESCLUSIONE AUTOMATICA

  • Quando un thread entra in una procedura del monitor, acquisisce automaticamente il lock associato al monitor.
  • Quando la procedura termina, il lock viene rilasciato automaticamente.
  • Questo garantisce che due thread non possono eseguire contemporaneamente codice all’interno del monitor, evitando race condition sui dati condivisi.

VARIABILI DI CONDIZIONE

Un monitor può avere zero o più variabili di condizione associate ad esso, usate per la sincronizzazione tra thread quando condizioni specifiche non sono soddisfatte. Una variabile di condizione fornisce le seguenti primitive di sincronizzazione:

  • Il metodo wait(): il processo che lo chiama rilascia il lock del monitor, si mette in attesa su una coda associata alla variabile di condizione, viene bloccato finché un altro processo non effettua signal(). Ovviamente, prima di riprendere l’esecuzione, riacquisisce il lock.
  • Il metodo signal() (o notify()) : se ci sono thread in attesa su quella variabile uno solo viene svegliato e posto in stato Ready. Se non ci sono thread in attesa, il segnale non ha effetto (non viene “memorizzato”).
  • Il metodo broadcast() (o notifyAll()): sveglia tutti i thread in attesa sulla condizione.

Durante lo svolgimento di un’operazione (metodo) su variabili di condizione, è necessario che il lock rimanga chiuso.

SEMANTICHE DI MONITOR

Esistono due principali semantiche per l’implementazione di wait() e signal() nei monitor:

Hoare Monitors

  • Quando un thread segnala (signal()), il thread segnalato entra immediatamente nel monitor e ottiene il lock.
  • Il thread che ha fatto signal() cede il controllo e viene sospeso finché il thread sbloccato non termina o si blocca.
  • Questo garantisce che la condizione attesa sia vera al momento della ripresa.

Mesa Monitors

  • Quando un thread segnala (signal()), il thread segnalato viene messo in coda Ready per il lock, ma non ottiene immediatamente il controllo.
  • Il thread che ha fatto il signal continua ad eseguire nel monitor.
  • Il thread sbloccato deve contendere il lock con altri thread quando ritorna.
  • Questa è la semantica usata nella maggior parte dei linguaggi moderni (es. Java).

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