Взаимодействие – обмен сообщениями

В предыдущих разделах было введено и проиллюстрировано общее понятие события как действия, не имеющего протяженности во времени, наступление которого может требовать одновременного участия более чем одного независимо описанного процесса. В этом разделе внимание будет сосредоточено на одном специальном классе событий, называемых взаимодействиями. Взаимодействие состоит в передаче сообщений и является событием, описываемым парой c.v, где c – имя канала по которому происходит взаимодействие, а v – значение передаваемого сообщения. Такое обозначение мы уже использовали – это описание процесса КОПИБИТ (см. пример 3.3).

Различают следующие виды каналов:

§ Синхронные.Отправив сообщение, передающий процесс ожидает от принимающего подтверждение о приеме сообщения прежде, чем послать следующее сообщение, т.е. принимающий процесс не выполняется, пока не получит данные, а передающий - пока не получит подтверждение о приеме данных.

§ Асинхронно/синхронные. Операция передачи сообщения асинхронная - она завершается сразу (сообщение копируется в некоторый буфер, а затем пересылается одновременно с работой процесса-отправителя), не ожидая того, когда данные будут получены приемником. Операция приема сообщения синхронная: она блокирует процесс до момента поступления сообщения.

§ Асинхронные. Обе операция асинхронные, то есть они завершаются сразу. Операция передачи сообщения работает, как и в предыдущем случае. Операция приема сообщения, обычно, возвращает некоторые значения, указывающие на то, как завершилась операция - было или нет принято сообщение.

В некоторых реализациях операции обмена сообщениями активируют сопроцессы, которые принимают/отправляют сообщения, используя временные буфера и соответствующие синхронные операции. В этом случае имеется еще синхронизирующая операции, которая блокирует процесс до тех пор, пока не завершатся все инициированные операции канала.

Множество всех сообщений, с помощью которых Р может осуществлять взаимодействие по каналу с, определяется как

aс(Р) = {v | c.v aP}.

Кроме того, определены функции, выбирающие имя канала канал(c.v) = c и значение сообщения сообщ(c.v) = v.

Каналы используются для передачи сообщений только в одном направлении и только между двумя процессами.

Ввод и вывод

Пусть v – элемент aс(Р). Процесс, который сначала выводит v по каналу с, а затем ведет себя как Р, обозначим

(с ! v → P) = (c.v → P).

Единственное событие, к которому этот процесс готов в начальном состоянии. – это взаимодействие c.v.

Процесс, который сначала готов ввести любое значение х, предаваемоепо каналу с, а затем ведет себя как Р(х), обозначим

(с ? v → P(х)) = (у: {y | канал(у) = c} → P(сообщ(у))).

Пусть P, Q – процессы, с – выходной канал P и входной канал Q. Если P, Q объединены в параллельную систему (P || Q), то взаимодействие по каналу с будет происходить всякий раз, когда P выводит сообщение, а Q в тот же самый момент вводит его. Выводящий процесс однозначно определяет значение передаваемого сообщения, тогда как вводящий процесс готов принять любое поступающее значение. Поэтому в действительности происходящим событием будет взаимодействие c.v, где v – значение. Определяемое выводящим процессом. Отсюда вытекает очевидное ограничение, что алфавиты на обоих концах канала должны совпадать, т.е. aс(Р) = aс(Q).

В общем случае значение, вводимое процессом, определяется выражением, содержащим переменные, которым было присвоено значение некоторым предыдущим вводом, что иллюстрируется следующими примерами.

Пример 3.20. Процесс, копирующий каждое сообщение, поступающее слева, выводя его направо:

aлев(КОПИР) = aправ(КОПИР)

КОПИР = µХ.(лев ? х → прав ! х → Х).

Если aлев = {0, 1}, то КОПИР почти полностью совпадает с КОПИБИТ.

Пример 3.21. Процесс, похожий на КОПИР, с той разницей, что каждое вводимое число перед выводом удваивается:

aлев = aправ = Nat

УДВ = µХ.(лев ? х → прав ! (х + х) →Х).

Пример 3.22. Процесс, принимающий сообщение по одному из двух каналов лев1 и лев2 и немедленно передающий его направо:

aлев1 = aлев2 = aправ

СЛИЯНИЕ = (лев1 ? х → прав ! х → СЛИЯНИЕ

| лев2 ? х → прав ! х → СЛИЯНИЕ).

Взаимодействия

Пусть P, Q – процессы, с – выходной канал P и входной канал Q. Тогда множество, состоящее из событий-взаимодействий c.v, содержится в пересечении алфавита P с алфавитом Q. Если процессы объединены в параллельную систему (P || Q), то взаимодействие c.v может происходить только когда в этом событии одновременно участвуют оба процесса, т.е. в тот момент, когда P выводит значение v по каналу c, а Q одновременно вводит это значение. Вводящий процесс готов принять любое возможное поступающее сообщение, и поэтому то, какое именно значение передается, определяет выводящий процесс.

Таким образом, вывод можно рассматривать как специальный случай операции префиксации, а ввод – как специальный случай выбора.

L1.(с ! v → P) || (с ? x → Q(x)) = с ! v → (P || Q(v)).

Подчинение

Пусть P, Q – процессы, такие, что aР aQ. В комбинации (P || Q) каждое действие Р может произойти, только если это позволяет Q, тогда как Q может независимо осуществлять действия из (aР - aQ) без разрешения и даже без ведома партнера Р. Таким образом, Р служит по отношению к Q подчиненным процессом, тогда как Q выступает как главный процесс. Это записывается так: Р // Q. Отсюда: a(Р // Q) = (aР - aQ).

Обычно бывает удобно давать подчиненному процессу имя, скажем m, которое используется главным процессом для всех взаимодействий с подчиненным. Каждое взаимодействие по каналу с обозначается тройкой m.c.v, где am.c(m: P) = aс(Р), а v aс(Р).

В конструкции (m: P // Q) процесс Q взаимодействует с P по каналам с составными именами вида m.c, тогда как P для этих же взаимодействий использует соответствующий простой канал с. Так как все эти взаимодействия скрыты от обстановки, имя m недоступно снаружи; следовательно, оно служит локальным именем подчиненного процесса.

Подчинение может быть вложенным, например (n: (m: P//Q)//R). Процесс R не имеет возможности ни непосредственно взаимодействовать сP, ни знать о существовании P и его имени m.

Пример 3.23. удв: УДВ // Q.

Подчиненный процесс ведет себя как обыкновенная подпрограмма, вызываемая внутри главного процесса Q. Внутри Q значение 2 е может быть получено поочередным выводом аргумента е по левому каналу процесса удв и вводом результата по правому каналу:

удв.лев ! е → (удв.прав ? х → …).

Пример 3.22. ст: СТЕК // Q.

Внутри главного процесса Q ст.лев!vиспользуется для проталкивания в верхушку стека, а ст.прав?x выталкивает верхнее значение. Использование конструкции выбора позволяет рассматривать ситуацию, когда стек пуст:

(ст.прав ? x → Q1(х) | ст.пуст → Q2).

Если стек не пуст, то выбирается первая альтернатива; если пуст, то выбор второй альтернативы позволяет избежать тупика.

Оператор подчинения может использоваться для рекурсивного определения подпрограмм. Каждый уровень рекурсии (кроме последнего) задает новую локальную подпрограмму, работающую с рекурсивным вызовом (вызовами).

Пример 3.24.

ФАКТ = µХ.лев?n → (if n = 0 then(прав!1 → X)

else (f: X // (f.лев!(n – 1) → f.прав?y → прав!(n y) → X)).

Подпрограмма ФАКТ использует каналы лев и прав для обмена результатами и параметрами с вызывающим ее процессом, а каналы f.лев иf.прав – для взаимодействия со своим подчиненным процессом f.

Разделяемые ресурсы

Обозначение (m: //S) мы использовали для именованного подчиненного процесса (m: R), единственной обязанностью которого является удовлетворение потребностей главного процесса S. Предположим теперь, что S состоит из двух параллельных процессов (P || Q) и они обануждаются в услугах одного и того же подчиненного процесса (m: R). К сожалению, P и Q не могут взаимодействовать с R по одним и тем же каналам, потому что тогда эти каналы должны содержаться в алфавитах обоих процессов, и, значит, согласно определению оператора ||, взаимодействия с (m: R) могут происходить, только когда P и Q одновременно посылают одно и то же сообщение, что далеко не соответствует желаемому результату. Нам же требуется своего рода чередование взаимодействий между P и (m: R) с взаимодействиями между Q и (m: R). В этом случае (m: R) служит как ресурс, разделяемый P и Q; каждый из них использует его независимо, и их взаимодействия с ним чередуются.

Когда все процессы-пользователи известны заранее, можно организовать работу так, чтобы каждый процесс-пользователь имел свой набор каналов для взаимодействий с совместно используемым ресурсом. Эта техника применялась в задаче об обедающих философах: каждая вилка совместно использовалась всеми пятью. Общий метод разделения ресурсов дает множественная пометка, которая является эффективным средством создания достаточного числа каналов для независимого взаимодействия с каждым процессом-пользователем. Отдельные взаимодействия по этим каналам произвольно чередуются. Однако при таком методе необходимо знать заранее имена всех процессов-пользователей, и поэтому он не подходит для подчиненного процесса, предназначенного для обслуживания главного процесса, который разбивается на произвольное число параллельных подпроцессов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: