Exemple : bureau de Poste
Nous présentons, pour finir ce chapitre, un exemple un peu plus
complet de programme concurrent : la modélisation d'une file
d'attente commune aux divers guichets d'un bureau de poste.
Comme souvent en programmation concurrente les problèmes sont
posés métaphoriquement, mais remplacez les guichets du bureau de
poste par un ensemble d'imprimantes et vous avez la solution d'un
vrai problème d'informatique.
Voici la politique de gestion de service que nous proposons, elle n'a
rien d'originale mais a fait ses preuves : chaque client prend en
arrivant un numéro d'attente ; lorsqu'un guichetier a fini de servir
un client, il appelle un numéro. Lorsque son numéro est appelé, le
client se rend au guichet correspondant.
Organisation du développement
Nous distinguerons dans notre développement les ressources et
les agents. Les premières sont : le distributeur de numéros
d'attente, l'afficheur d'appel et les guichets. Les seconds sont : les
guichetiers et les clients. Les ressources sont modélisées par des
objets. Les agents le sont par des fonctions exécutées par un
processus léger.
Les ressources sont les données partagées par les différents
agents du système. L'encapsulation de leurs données et actions
dans un objet permet de centraliser, pour chacune, la gestion des
mécanismes d'exclusion mutuelle. Lorsqu'un agent désire modifier ou
consulter l'état d'un objet, il n'a pas à connaître ni à gérer
lui-même les verrous, ce qui permet de simplifier l'organisation de
l'accès aux données sensibles et d'éviter des oublis lors du
codage des agents.
Le matériel
Le distributeur
Le distributeur de numéros d'attente comprend deux champs de données :
un compteur et un verrou. La seule
méthode offerte par le distributeur est la prise d'un nouveau
numéro.
# class
distrib
()
=
object
val
mutable
n
=
0
val
m
=
Mutex.create()
method
prendre
()
=
let
r
=
Mutex.lock
m
;
n
<-
n+
1
;
n
in
Mutex.unlock
m
;
r
end
;;
class distrib :
unit ->
object val m : Mutex.t val mutable n : int method prendre : unit -> int end
Le verrou interdit que deux clients prennent en même temps un numéro.
Notez la façon dont on utilise une variable intermédiaire (r)
pour garantir que le numéro calculé dans la section critique est
bien celui retourné par l'appel à la méthode.
L'afficheur
L'afficheur des numéros appelés contient trois champs de
données : un entier (le numéro appelé) ; un verrou et une
variable de condition. Les deux méthodes sont : consultation du
numéro appelé (attendre) et modification
(appel).
# class
affich
()
=
object
val
mutable
nc
=
0
val
m
=
Mutex.create()
val
c
=
Condition.create()
method
attendre
n
=
Mutex.lock
m;
while
n
>
nc
do
Condition.wait
c
m
done;
Mutex.unlock
m;
method
appel
()
=
let
r
=
Mutex.lock
m
;
nc
<-
nc+
1
;
nc
in
Condition.broadcast
c
;
Mutex.unlock
m
;
r
end
;;
La variable de condition est utilisée pour mettre les clients en
sommeil sur l'attente de leur numéro. Ils sont tous réveillés
lorsque la méthode appel est invoquée. L'accès en
lecture ou écriture du numéro appelé est protégé par un
même verrou.
Le guichet
Le guichet comprend cinq champs de données : un numéro de guichet
fixe (variable ng) ; le numéro du client attendu (variable
nc) ; un booléen (variable libre) ; un
verrou et une variable de condition. Il offre huit méthodes, dont
deux privées : deux méthodes d'accès simple (méthodes
get_ng et get_nc) ; un groupe de trois méthodes
simulant l'attente du guichetier entre deux clients (méthode
privée attendre et méthodes publiques
attendre_arrivee, attendre_depart) ; un groupe de
trois méthodes simulant l'occupation du guichet (méthode privée
set_libre et méthodes arriver, partir).
# class
guichet
(i:
int)
=
object(self)
val
ng
=
i
val
mutable
nc
=
0
val
mutable
libre
=
true
val
m
=
Mutex.create()
val
c
=
Condition.create()
method
get_ng
=
ng
method
get_nc
=
nc
method
private
attendre
f
=
Mutex.lock
m
;
while
f
()
do
Condition.wait
c
m
done
;
Mutex.unlock
m
method
attendre_arrivee
n
=
nc
<-
n
;
self#attendre
(fun
()
->
libre)
method
attendre_depart
()
=
self#attendre
(fun
()
->
not
libre)
method
private
set_libre
b
=
Mutex.lock
m
;
libre
<-
b
;
Condition.signal
c
;
Mutex.unlock
m
method
arriver
()
=
self#set_libre
false
method
partir
()
=
self#set_libre
true
end
;;
Un bureau de poste
On regroupe ces trois ressources dans un enregistrement :
# type
bureau
=
{
d
:
distrib
;
a
:
affich
;
gs
:
guichet
array
}
;;
Clients et guichetiers
Le comportement de l'ensemble du système dépendra des trois
paramètres suivants :
# let
delai_service
=
1
.
7
;;
# let
delai_arrivee
=
1
.
7
;;
# let
delai_guichet
=
0
.
5
;;
Ils représentent chacun la valeur maximale du paramètre dont la
valeur effective sera tirée au hasard dans la limite des bornes
fixées. Le premier paramètre modélise le temps de service d'un
client ; le deuxième le délai d'arrivée des clients dans le bureau
de poste ; le dernier le temps que met un guichetier pour appeler un
nouveau client après que le dernier soit parti.
Le guichetier
Le travail d'un guichetier consiste à boucler indéfiniment sur la
séquence suivante :
-
Appeler un numéro.
- Attendre l'arrivée du client porteur du numéro appelé.
- Attendre le départ du client occupant son guichet.
En rajoutant quelques affichages, nous obtenons la fonction :
# let
guichetier
((a:
affich),
(g:
guichet))
=
while
true
do
let
n
=
a#appel
()
in
Printf.printf"Guichet %d appelle %d\n"
g#get_ng
n
;
g#attendre_arrivee
n
;
g#attendre_depart
()
;
Thread.delay
(Random.float
delai_guichet)
done
;;
val guichetier : affich * guichet -> unit = <fun>
Le client
Un client exécute la séquence suivante :
-
Prendre un numéro d'attente.
- Attendre que son numéro soit appelé.
- Se rendre au guichet ayant appelé son numéro pour se faire
servir.
La seule activité un peu complexe du client est de chercher le
guichet où il est attendu.
On se donne, pour ce, la fonction auxiliaire :
# let
chercher_guichet
n
gs
=
let
i
=
ref
0
in
while
gs.
(!
i)#get_nc
<>
n
do
incr
i
done
;
!
i
;;
val chercher_guichet : 'a -> < get_nc : 'a; .. > array -> int = <fun>
En rajoutant quelques affichages, la fonction principale du client est :
# let
client
b
=
let
n
=
b.
d#prendre()
in
Printf.printf
"Arrivée client %d\n"
n
;
flush
stdout
;
b.
a#attendre
n
;
let
ig
=
chercher_guichet
n
b.
gs
in
b.
gs.
(ig)#arriver
()
;
Printf.printf
"Le client %d occupe le guichet %d\n"
n
ig
;
flush
stdout
;
Thread.delay
(Random.float
delai_service)
;
b.
gs.
(ig)#partir
()
;
Printf.printf
"Le client %d s'en va\n"
n
;
flush
stdout
;;
val client : bureau -> unit = <fun>
L'ensemble
Le programme principal de l'application crée un bureau de poste et
ses guichetiers (chaque guichetier est un processus) puis lance un
processus chargé d'engendrer indéfiniment des clients (chaque
client est aussi un processus).
# let
main
()
=
let
b
=
{
d
=
new
distrib();
a
=
new
affich();
gs
=
(let
gs0
=
Array.create
5
(new
guichet
0
)
in
for
i=
0
to
4
do
gs0.
(i)
<-
new
guichet
i
done;
gs0)
}
in
for
i=
0
to
4
do
ignore
(Thread.create
guichetier
(b.
a,
b.
gs.
(i)))
done
;
let
creer_clients
b
=
while
true
do
ignore
(Thread.create
client
b)
;
Thread.delay
(Random.float
delai_arrivee)
done
in
ignore
(Thread.create
creer_clients
b)
;
Thread.sleep
()
;;
val main : unit -> unit = <fun>
La dernière instruction endort le processus associé au programme
afin de passer tout de suite la main aux autres processus actifs de
l'application.