Construção de uma solução e um visualizador global para o problema da contrução da molécula de H2O, presente no livro: The Little Book of Semaphores, by Allen Downey.
O pdf LittleBookOfSemaphores-páginas-155-160.pdf, contém a parte exata do livro que contém o problema descrito. O problema apresentado pelo autor, utiliza semaforo e barreira, e foi criado para ser realizado com apenas 3 threads. O código transcrito exatamente como está no livro, está presente em: building-h2o-origen.c.
O modelo implementado em building-h2o.c, teve algumas modificações da versão apresentada no livro base. A versão do autor contava que seriam criadas apenas 3 threads, dessa forma, ele não libera o semaforo que serve como barreira, que efita que as moleculás sigam o caminho sem se juntarem formando a moleculá da água.
Ele utiliza a barreira de uma forma muito simples, pois não considera que mais 3 elementos poderão esperar ou querer entrar logo em seguida, dessa forma, ela foi editada a realizar tal controle. Por conta disso, foi realizado uma modificação, que restaura esse semaforo, permitindo que outras moléculas da água possam ser formadas.
Além disso, surgiu outro problema durante a execução do algoritmo. Por conta de muitas threads estarem esperando pela liberação do semaforo, acaba que várias moleculas começam a serem formadas no mesmo momento, impedindo as filas de bloquear corretamente o trafego delas, e permitindo que algumas moleculas sejam criadas erradas como: HO2, H3. Dessa forma, foi colocado um sleep nas threads do hidrogenio. Permitindo assim, a criação da molecula correta.
De fato a solução implementada a cima foi colocada, mas isso não é correta, destaca apenas que o algoritmo está errado. A implementação do Sleep, foi utilizada inicialmente para tentar evitar um erro presente na implementação da barreira. Esse erro surgiu ao utilizar n threads no lugar de apenas 3. Por conta disso, a implementação da barreira foi alterada para impedir que esse tipo de problema aconteça. E com essa correção, não se faz mais necessário a utilização de sleep, para impedir que moléculas erradas sejam criadas, e threads "espertinhas" consigam pessar pela barreira sem ser a vez delas. A implementação utilizada para corrigir esse erro, foi criar uma fila para o mutex, de forma que cada molecula possa entrar no mutex apenas na sua quantidade limite. A fila do mutex só é liberada, quando o ultimo componente da molecula h2o, passa pela barreira.
A necessidade de uma terceira implementação surgiu, com a ideia de criar o mesmo algoritmo utilziando outra estretégia para realizar o controle das informações sensíveis entre as threads. A diferença dessa implementação será com a substituição dos Semaforos por mutex e lock. Houve uma diferença significativa da velocidade de processamento entre os dois modelos, e o tamanho do código. Sendo a terceira implementação, a que possui o código menor e mais rápido. Além disso, o modelo de visualização, também pode ser implementado de uma forma melhor.
Ao utilizar o comando
make, será realizado a geração de todos os executáveis disponiveis. Para executar apenas os de uma das implementações utilizadas, pode se utilizar as informações contidas a baixo.
O visualizador global foi implementado em: vg-building-h2o.c. Ele utiliza Semaforos para fazer o controle das variaveis públicas entre as threads.
Para utilizar o visualizador global, basta executar os seguintes passos:
make code-2
./vg-building-h2o
O makefile também é configurado para que seja possível executar o código original,
com o comando make origen, e também compila o código inicial de desenho com o
comando make draw. Além disso, para remover todos os executáveis, basta
utilizar o comando: make clean.
O visualizador global foi implementado em: 2vg-lock-building-h2o.c. Ele utiliza Lock e váriaveis de condição para fazer o controle das variaveis públicas entre as threads.
Para utilizar o visualizador global, basta executar os seguintes passos:
make code-3
./vg-building-h2o
O makefile também é configurado para que seja possível executar o código original,
com o comando make origen, e também compila o código inicial de desenho com o
comando make draw. Além disso, para remover todos os executáveis, basta
utilizar o comando: make clean.
Para criar o visualizador, foi desenvolvido o código draw-h2o.c. Nele está contido o modelo inicial e mais básico do visualizador, e não o contém o código do construtor, possui apenas a parte visual do desenho. Nele foi desenvolvido as funções que foram utilizadas e aprimoradas no visualizador.