Контрольная работа по программированию на тему «Параллельные вычислительные системы», ТУСУР (tusur.ru)

ЗАДАНИЕ № 1 Тема задания: «Реализация алгоритмов планирования использования процессорного времени». Цель: освоить реализацию алгоритмов планирования использования ресурсов с вытесняющей и невытесняющей многозадачностью, с абсолютным и относительным приоритетом. Освоить реализацию механизмов безопасности и синхронизации потоков, а также механизмов исключения тупиковых ситуаций. В работе необходимо реализовать ряд алгоритмов распределения ресурсов между конкурирующими потоками. Каждый поток характеризуется: – уникальным идентификатором; – приоритетом; – временем CPU burst; – списком требуемых ресурсов; – дополнительными атрибутами (согласно индивидуальному вари-анту задания). Характеристики ресурса: – уникальный идентификатор; – наименование ресурса; – дополнительные атрибуты (согласно индивидуальному варианту задания). Для имитации времени CPU burst (заданного в миллисекундах) поток при получении кванта времени на доступ к ресурсу должен делать паузу на указанное количество миллисекунд. Входной файл должен иметь имя «input.txt» или «input.xml». Если оба задания контрольной работы реализуются в одной и той же программе, имена входных файлов для разных заданий должны отличаться (например, для задания № 1 входной файл может иметь имя «input1.txt» или «input1.xml»). Формат входного файла представлен в таблице 1. Выходной файл должен иметь имя «output.txt». Формат выходного файла представлен в таблице 2. Для ввода и вывода данных допускается использование в программе визуального интерфейса вместо файлового ввода/вывода.

Варианты

Вариант 1. Ресурсы – преподаватели на экзамене. Атрибуты преподавателя – ФИО, дисциплина, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать экзамен одновременно. Количество преподавателей – P (P ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список дисциплин, по которым ему нужно сдать экзамен. Алгоритмы планирования: 1) FCFS, nonpreemptive; 2) Round Robin с очередью типа FCFS, абсолютный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателям использовать сеть Петри. Вариант 2. Ресурсы – преподаватель, принимающий лабораторную работу у студентов, а также лабораторное оборудование. Атрибуты преподавателя – ФИО, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать лабораторную работу одновременно. Атрибуты лабораторного оборудования – название и количество D (D ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список оборудования, которое ему необходимо для сдачи лабораторной работы. Алгоритмы планирования: 1) LCFS, nonpreemptive; 2) Round Robin с очередью типа LCFS, абсолютный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателю и лабораторному оборудованию использовать сеть Петри. Вариант 3. Ресурс – оборудование (станки) на заводе. Атрибуты – наименование оборудования (станка), а также количество изделий (деталей) P (P ≥ 1), которое оно может обрабатывать одновременно. Количество стан-ков – S (S ≥ 1). Атрибуты деталей – наименование, количество, а также спи-сок оборудования (причем заданный в требуемом порядке обработки). Алгоритмы планирования: 1) SJF, nonpreemptive; 2) SJF, preemptive, абсолютный приоритет. Для блокировки доступа к оборудованию (станкам) использовать сеть Петри. Вариант 4. Ресурсы – преподаватели на экзамене. Атрибуты преподавателя – ФИО, дисциплина, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать экзамен одновременно. Количество преподавателей – P (P ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список дисциплин, по которым ему нужно сдать экзамен. Алгоритмы планирования: 1) FCFS, nonpreemptive; 2) Round Robin с очередью типа FCFS, относительный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателям использовать сеть Петри. Вариант 5. Ресурсы – преподаватель, принимающий лабораторную работу у студентов, а также лабораторное оборудование. Атрибуты преподавателя – ФИО, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать лабораторную работу одновременно. Атрибуты лабораторного оборудования – название и количество D (D ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список оборудования, которое ему необходимо для сдачи лабораторной работы. Алгоритмы планирования: 1) SJF, nonpreemptive; 2) SJF, preemptive, относительный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателю и лабораторному оборудованию использовать сеть Петри. Вариант 6. Ресурс – оборудование (станки) на заводе. Атрибуты – наименование оборудования (станка), а также количество изделий (деталей) P (P ≥ 1), которое оно может обрабатывать одновременно. Количество станков – S (S ≥ 1). Атрибуты деталей – наименование, количество, а также список оборудования (причем заданный в требуемом порядке обработки). Алгоритмы планирования: 1) LCFS, nonpreemptive; 2) MLQ, абсолютный приоритет. Для блокировки доступа к оборудованию (станкам) использовать сеть Петри. Вариант 7. Ресурсы – преподаватели на экзамене. Атрибуты преподавателя – ФИО, дисциплина, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать экзамен одновременно. Количество преподавателей – P (P ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список дисциплин, по которым ему нужно сдать экзамен. Алгоритмы планирования: 1) LCFS, nonpreemptive; 2) Round Robin с очередью типа LCFS, абсолютный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателям использовать сеть Петри. Вариант 8. Ресурсы – преподаватель, принимающий лабораторную работу у студентов, а также лабораторное оборудование. Атрибуты преподавателя – ФИО, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать лабораторную работу одновременно. Атрибуты лабораторного оборудования – название и количество D (D ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список оборудования, которое ему необходимо для сдачи лабораторной работы. Алгоритмы планирования: 1) SJF, nonpreemptive; 2) SJF, preemptive, абсолютный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателю и лабораторному оборудованию использовать сеть Петри. Вариант 9. Ресурс – оборудование (станки) на заводе. Атрибуты – наименование оборудования (станка), а также количество изделий (деталей) P (P ≥ 1), которое оно может обрабатывать одновременно. Количество станков – S (S ≥ 1). Атрибуты деталей – наименование, количество, а также список оборудования (причем заданный в требуемом порядке обработки). Алгоритмы планирования: 1) LCFS, nonpreemptive; 2) MLQ, относительный приоритет. Для блокировки доступа к оборудованию (станкам) использовать сеть Петри. Вариант 10. Ресурсы – преподаватели на экзамене. Атрибуты преподавателя – ФИО, дисциплина, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать экзамен одновременно. Количество преподавателей – P (P ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список дисциплин, по которым ему нужно сдать экзамен. Алгоритмы планирования: 1) LCFS, nonpreemptive; 2) Round Robin с очередью типа LCFS, относительный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателям использовать сеть Петри. Вариант 11. Ресурсы – преподаватель, принимающий лабораторную работу у студентов, а также лабораторное оборудование. Атрибуты преподавателя – ФИО, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать лабораторную работу одновременно. Атрибуты лабораторного оборудования – название и количество D (D ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список оборудования, которое ему необходимо для сдачи лабораторной работы. Алгоритмы планирования: 1) FCFS, nonpreemptive; 2) Round Robin с очередью типа FCFS, абсолютный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателю и лабораторному оборудованию использовать сеть Петри. Вариант 12. Ресурсы – преподаватели на экзамене. Атрибуты преподавателя – ФИО, дисциплина, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать экзамен одновременно. Количество преподавателей – P (P ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список дисциплин, по которым ему нужно сдать экзамен. Алгоритмы планирования: 1) SJF, nonpreemptive; 2) SJF, preemptive, абсолютный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателям использовать сеть Петри. Варианты 13. Ресурсы – преподаватель, принимающий лабораторную работу у студентов, а также лабораторное оборудование. Атрибуты преподавателя – ФИО, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать лабораторную работу одновременно. Атрибуты лабораторного оборудования – название и количество D (D ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список оборудования, которое ему необходимо для сдачи лабораторной работы. Алгоритмы планирования: 1) FCFS, nonpreemptive; 2) Round Robin с очередью типа FCFS, относительный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателю и лабораторному оборудованию использовать сеть Петри. Вариант 14. Ресурс – оборудование (станки) на заводе. Атрибуты – наименование оборудования (станка), а также количество изделий (деталей) P (P ≥ 1), которое оно может обрабатывать одновременно. Количество станков – S (S ≥ 1). Атрибуты деталей – наименование, количество, а также список оборудования (причем заданный в требуемом порядке обработки). Алгоритмы планирования: 1) LCFS, nonpreemptive; 2) Round Robin с очередью типа LCFS, относительный приоритет. Для блокировки доступа к оборудованию (станкам) использовать сеть Петри. Вариант 15. Ресурсы – преподаватели на экзамене. Атрибуты преподавателя – ФИО, дисциплина, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать экзамен одновременно. Количество преподавателей – P (P ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список дисциплин, по которым ему нужно сдать экзамен. Алгоритмы планирования: 1) SJF, nonpreemptive; 2) SJF, preemptive, относительный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателям использовать сеть Петри. Вариант 16. Ресурсы – преподаватель, принимающий лабораторную работу у студентов, а также лабораторное оборудование. Атрибуты преподавателя – ФИО, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать лабораторную работу одновременно. Атрибуты лабораторного оборудования – название и количество D (D ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список оборудования, которое ему необходимо для сдачи лабораторной работы. Алгоритмы планирования: 1) LCFS, nonpreemptive; 2) MLQ, абсолютный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателю и лабораторному оборудованию использовать сеть Петри. Вариант 17. Ресурс – оборудование (станки) на заводе. Атрибуты – наименование оборудования (станка), а также количество изделий (деталей) P (P ≥ 1), которое оно может обрабатывать одновременно. Количество станков – S (S ≥ 1). Атрибуты деталей – наименование, количество, а также список оборудования (причем заданный в требуемом порядке обработки). Алгоритмы планирования: 1) LCFS, nonpreemptive; 2) Round Robin с очередью типа LCFS, абсолютный приоритет. Для блокировки доступа к оборудованию (станкам) использовать сеть Петри. Вариант 18. Ресурсы – преподаватели на экзамене. Атрибуты преподавателя – ФИО, дисциплина, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать экзамен одновременно. Количество преподавателей – P (P ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список дисциплин, по которым ему нужно сдать экзамен. Алгоритмы планирования: 1) FCFS, nonpreemptive; 2) MLQ, абсолютный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателям использовать сеть Петри. Вариант 19. Ресурсы – преподаватель, принимающий лабораторную работу у студентов, а также лабораторное оборудование. Атрибуты преподавателя – ФИО, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать лабораторную работу одновременно. Атрибуты лабораторного оборудования – название и количество D (D ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список оборудования, которое ему необходимо для сдачи лабораторной работы. Алгоритмы планирования: 1) LCFS, nonpreemptive; 2) Round Robin с очередью типа LCFS, относительный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателю и лабораторному оборудованию использовать сеть Петри. Вариант 20. Ресурсы – преподаватели на экзамене. Атрибуты преподавателя – ФИО, дисциплина, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать экзамен одновременно. Количество преподавателей – P (P ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список дисциплин, по которым ему нужно сдать экзамен. Алгоритмы планирования: 1) LCFS, nonpreemptive; 2) MLQ, относительный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателям использовать сеть Петри. Вариант 21. Ресурсы – преподаватель, принимающий лабораторную работу у студентов, а также лабораторное оборудование. Атрибуты преподавателя – ФИО, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать лабораторную работу одновременно. Атрибуты лабораторного оборудования – название и количество D (D ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список оборудования, которое ему необходимо для сдачи лабораторной работы. Алгоритмы планирования: 1) LCFS, nonpreemptive; 2) MLQ, относительный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателю и лабораторному оборудованию использовать сеть Петри. Вариант 22. Ресурс – оборудование (станки) на заводе. Атрибуты – наименование оборудования (станка), а также количество изделий (деталей) P (P ≥ 1), которое оно может обрабатывать одновременно. Количество станков – S (S ≥ 1). Атрибуты деталей – наименование, количество, а также список оборудования (причем заданный в требуемом порядке обработки). Алгоритмы планирования: 1) FCFS, nonpreemptive; 2) Round Robin с очередью типа FCFS, относительный приоритет. Для блокировки доступа к оборудованию (станкам) использовать сеть Петри. Вариант 23. Ресурс – оборудование (станки) на заводе. Атрибуты – наименование оборудования (станка), а также количество изделий (деталей) P (P ≥ 1), которое оно может обрабатывать одновременно. Количество станков – S (S ≥ 1). Атрибуты деталей – наименование, количество, а также список оборудования (причем заданный в требуемом порядке обработки). Алгоритмы планирования: 1) SJF, nonpreemptive; 2) SJF, preemptive, относительный приоритет. Для блокировки доступа к оборудованию (станкам) использовать сеть Петри. Вариант 24. Ресурс – оборудование (станки) на заводе. Атрибуты – наименование оборудования (станка), а также количество изделий (деталей) P (P ≥ 1), которое оно может обрабатывать одновременно. Количество станков – S (S ≥ 1). Атрибуты деталей – наименование, количество, а также список оборудования (причем заданный в требуемом порядке обработки). Алгоритмы планирования: 1) FCFS, nonpreemptive; 2) Round Robin с очередью типа FCFS, абсолютный приоритет. Для блокировки доступа к оборудованию (станкам) использовать сеть Петри. Вариант 25. Ресурсы – преподаватели на экзамене. Атрибуты преподавателя – ФИО, дисциплина, а также количество студентов N (N ≥ 1), у которых он может принимать экзамен одновременно. Количество преподавателей – P (P ≥ 1). Атрибуты студента – ФИО, номер группы и список дисциплин, по которым ему нужно сдать экзамен. Алгоритмы планирования: 1) SJF, nonpreemptive; 2) Round Robin с очередью типа LCFS, абсолютный приоритет. Для блокировки доступа к преподавателям использовать сеть Петри.

ЗАДАНИЕ № 2 Тема задания: «Реализация многопоточной обработки данных».

Цель: освоить реализацию многопоточной обработки данных, а также пула потоков и механизма асинхронного ввода/вывода. В работе необходимо реализовать многопоточную обработку массива структур данных (из N элементов) четырьмя способами: 1. При помощи массива из M потоков (M ≤ N), используя для синхронизации объект ядра – семафор. 2. При помощи массива из M потоков (M ≤ N), используя для синхронизации сеть Петри, моделирующую семафор. 3. При помощи пула из M потоков (M ≤ N), используя системный пул потоков или асинхронные потоки ввода/вывода. 4. При помощи пула из M потоков (M ≤ N), моделируя его при помощи сети Петри. При обработке массива данных массивом потоков каждый поток либо заранее выбирает диапазон элементов массива данных, которые он будет обрабатывать, либо просто берет первый необработанный элемент. Завершив обработку одного элемента, поток переходит к обработке следующего. При обработке массива данных пулом потоков, завершив обработку одного элемента массива данных, освободившийся в пуле поток переходит к обработке следующего необработанного элемента. Чтобы не требовалось создавать слишком большие массивы (для которых эффект от параллельной обработки будет наиболее очевидным), можно имитировать ситуацию, когда обработка одного элемента массива требует больше процессорного времени, чем в действительности. Для этого после обработки очередного элемента массива поток может делать паузу на указанное количество миллисекунд. Входной файл должен иметь имя «input.txt» или «input.xml». Если оба задания контрольной работы реализуются в одной и той же программе, имена входных файлов для разных заданий должны отличаться (например, для задания № 2 входной файл может иметь имя «input2.txt» или «input2.xml»). Формат входного файла представлен в таблице 3. Выходной файл должен иметь имя «output.txt». Формат выходного файла представлен в таблице 4. Для ввода и вывода данных допускается использование в программе визуального интерфейса вместо файлового ввода/вывода.

Варианты

Вариант 1. Структура содержит корректное описание даты (день, месяц, год). Требуется определить, какие даты выпадают на определенный день недели W, и вывести их в выходной файл. Вариант 2. Структура содержит описание времени дня (часы, минуты, секунды). Требуется определить, какие из указанных значений времени лежат в диапазоне от T1 до T2, и вывести их в выходной файл. Вариант 3. Структура содержит запись телефонного справочника (ФИО абонента, номер телефона, адрес). Требуется по фамилии найти номер телефона и адрес абонента, и вывести их в выходной файл. Вариант 4. Структура содержит данные о точке на плоскости (координаты и тип координат – полярные или декартовые). Требуется преобразовать все декартовые координаты в полярные и наоборот. Также требуется определить точку, наиболее удаленную от точки с номером P. Вывести в выходной файл координаты этих точек и расстояние между ними. Вариант 5. Структура содержит данные о жителях городов и их адресах (ФИО, город, улица, номер дома, номер квартиры). Требуется определить всех жителей, живущих в разных городах, но по одинаковому адресу, и вывести информацию о таких жителях в выходной файл. Вариант 6. Структура содержит анкетные данные студентов (ФИО, группа, дата рождения, номер комнаты в общежитии). Требуется вывести в выходной файл данные о студентах, которые родились в заданном месяце M. Вариант 7. Структура содержит библиографическое описание книги (авторы, название, издательство и год издания одной строкой, число страниц). Требуется определить книги, изданные в издательстве P, и вывести их список в выходной файл. Вариант 8. Структура содержит сведения о товарах в магазине (бук-венно-цифровой код товара, наименование, цена, количество на складе). Требуется изменить в товарах с кодом, удовлетворяющим маске M, количество на величину V (но количество при этом не должно оказаться отрицательным). Длина маски равна длине кода товаров, для указания произвольного символа используется знак вопроса. В выходной файл вывести список товаров, количество которых на складе изменилось, а также стоимость всех товаров на складе до и после изменения. Вариант 9. Структура содержит сведения о вещах в багаже пассажи-ров (ФИО пассажира, название вещи, количество единиц, вес одной единицы). Требуется найти багаж, число вещей в котором не меньше, чем в любом другом, а вес не больше, чем в любом другом с тем же числом вещей, и вывести данные о нем в выходной файл. Вариант 10. Структура содержит анкетные данные студентов (ФИО, группа, номер зачетной книжки, результаты пройденных сессий). Результаты сессий представлены названием дисциплины и отметкой «зачтено/не зачтено» для зачета и числом от 0 до 5 для экзамена. Требуется определить и вывести в выходной файл среднюю успеваемость студентов группы G, а также общую среднюю успеваемость в семестре с номером S. Вариант 11. Структура описывает кость домино (количество точек – две цифры в диапазоне от 1 до 6, а также ориентация кости). Требуется определить, образует ли последовательность костей домино правильную последовательность. Если да, то вывести в выходной файл всю последовательность. Если нет, то вывести номера костей, нарушающих последовательность. Вариант 12. Структура содержит библиографическое описание книги (один или несколько авторов одной строкой, название, издательство, год издания, число страниц). Требуется определить книги, в написании которых принимал участие автор A, и вывести их список в выходной файл. Вариант 13. Структура содержит анкетные данные некоторой группы лиц (ФИО, дата рождения, пол, рост, вес). Требуется вывести в выходной файл средний рост мужчин и женщин, рожденных начиная с года A и заканчивая годом B. Вариант 14. Структура содержит сведения о странице телефонной записной книжки: буква, с которой начинаются фамилии на данной странице, а также список фамилий и номеров телефонов. Программа должна по маске номера телефона T определить подходящие фамилии абонентов и вывести сведения о них в выходной файл. В маске вместо неизвестной цифры используется знак вопроса. Вариант 15. Структура содержит анкетные данные студентов (ФИО, группа, номер зачетной книжки, дата рождения). Требуется определить самых старших студентов в каждой группе. Список таких студентов вывести в выходной файл. Вариант 16. Структура описывает игральную карту (масть, достоинство). Карты могут повторяться, т. е. разные структуры могут описывать одну и ту же карту. Необходимо определить карты, которых не хватает в колоде, и вывести их список в выходной файл. Вариант 17. Структура содержит сведения о вещах в багаже пассажи-ров (ФИО пассажира, название вещи, количество единиц, вес одной единицы). Требуется найти общий вес вещей с названием X. В выходной файл необходимо вывести список пассажиров, имеющих в багаже вещь X, а также найденный вес. Вариант 18. Структура содержит описание даты (день, месяц, год). Требуется проверить правильность каждой даты (т. е. чтобы не было 31 июня и т. п.). В выходной файл необходимо вывести количество неправильных дат и их список. Вариант 19. Структура содержит сведения о товарах в магазине (вид товара из двух символов, код товара из четырех символов, наименование, цена, количество на складе). Требуется подсчитать стоимость товара вида X, а также общую стоимость товаров, чьи коды лежат в диапазоне от A до B. Определенные стоимости вывести в выходной файл вместе со списками со-ответствующих товаров. Вариант 20. Структура содержит анкетные данные студентов (ФИО, группа, номер зачетной книжки, результаты пройденных сессий). Результаты сессий представлены названием дисциплины и отметкой «зачтено/не зачтено» для зачета и числом от 0 до 5 для экзамена. Требуется определить, сколько студентов группы G получали стипендию в семестре с номером S. В первом семестре все студенты получает стипендию, а далее – по результатам предыдущей сессии (для получения стипендии необходимо получить все зачеты и сдать все экзамены на оценку 4 или 5). Список таких студентов вывести в выходной файл. Вариант 21. Структура содержит описание платежа за коммунальные услуги (ФИО плательщика, адрес, дата оплаты, вид услуги, сумма). Требуется подсчитать общую сумму коммунальных платежей плательщика P, совершенных им в период между датам D1 и D2, и вывести ее в выходной файл. Вариант 22. Структура содержит результат спортивных соревнований на Олимпиаде (ФИО спортсмена, пол, вид спорта, критерий оценивания, результат). Критерием оценивания может быть время, количество бал-лов и т. п. Требуется для указанного вида спорта S определить медалистов (золото, серебро и бронза) среди мужчин и женщин и вывести их в выходной файл. Вариант 23. Структура содержит данные о вакансии на бирже труда (наименование вакансии, населенный пункт, требуемый уровень образования, стаж, оклад). Требуется для соискателя с уровнем образования L и стажем S определить наиболее высокооплачиваемые вакансии и вывести их в выходной файл. Вариант 24. Структура содержит данные о спортивном автомобиле (марка, модель, мощность двигателя, максимальная скорость, стоимость). Требуется найти автомобили с минимальной стоимостью, имеющие максимальную скорость не ниже V, а также автомобили с наименьшей мощностью двигателя, имеющие максимальную скорость не ниже V. Результаты вывести в выходной файл. Вариант 25. Структура содержит сведения о научных сотрудниках вуза (ФИО сотрудника, должность, ученая степень, ученое звание, дата рождения). Требуется определить средний возраст сотрудников для каждого вида ученой степени (без степени, кандидат наук, доктор наук) и вывести его в выходной файл.