uml comportemental et concurrence

7/25/2019 UML Comportemental Et Concurrence

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Reprsenter le tempsA. BeugnardMajeure Informatique INF301 GL-C42e semestre 2015


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Les cours de laxe GL de lUV1 - INF301

1. La dcouverte des objets2. Les cycles de vie des logiciels3. UML structurel et hritage

4. UML comportemental et concurrence

2 / 38 A. Beugnard Reprsenter le temps


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Objectifs

Un systme peut tre dcrit selon plusieurs points devue. Nous nous sommes focalis sur sa structure ; cequi le compose (les objets, les relations), ce quicaractrise son tat.

Une autre dimension essentielle est son volution ; cequi fait voluer son tat dans le temps.

Dfinir des conceptsDonner quelques intuitionsProposer quelques notations

Je vous invite prendre des notes. . .



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Avancement

1 La concurrenceDfinition

Quelques difficults

2 La concurrence en UML



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Comment le temps est-il reprsent ?

Un programme = une squence dinstructions

0start 1 2 3 4 5a b

c d

e

Peut-il se passer plusieurs choses simultanment ?



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Comment le temps est-il reprsent ?

Un programme = une squence dinstructions

0start 1 2 3 4 5a b

c d

e

Peut-il se passer plusieurs choses simultanment ?Non!

Linstruction bne peut commencer que silinstruction aest termine.Le programme se termine quand (et si) linstructionese termine.



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Comment faire 2 choses en mme temps?

Une interface utilisateur ractive (Thinking in Java,www.BruceEckel.com2ed p825)

Valeur courante du compteur

Dmarrage du compteur Suspension / Redmarrage

http://www.bruceeckel.com/http://www.bruceeckel.com/


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Tches et excution

Le programme est dcoup en tchesles instructions dune tche sexcutent squentiellementCes tches sont excutes indpendamment1. si assez de processeurs / curs, excutionsimultane

ttche 1

.

.

.

.

.

.

.

.

.

t

tche k

a11 a

12 . . . a

1n1

ak1 a

k2 . . . a

knk

2. sinon, il y aentrelacement

t

tche 1 et ka11 a

k1 a

k2 a

12 . . . . . . a1n1 aknk

Si plusieurs tches sexcutent :paralllisme



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Ordre des tches

Dans quel ordre sexcutent les tches ?si les tches sontindpendantes(cest rare...)- il suffit de respecter lordre interne chaque tche

si des tches partagent des ressources ou changent desdonnes

- il faut quelles sentendent, cest lasynchronisation- certains ordres dexcution ne sont plus acceptables

On parle deconcurrencedes tchesComment est assure la synchronisation ?

soit par construction (temps partag, algorithme, . . .)soit le systme dexcution fournit des verrous que lesactions doivent prendre et rendre



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Quest-ce quun programme concurrent ?

Un programmeconcurrentExcute simultanment plusieurs tches (squencesdinstructions) grce au support de plusieurs filsdactivits (threads)

Unespcificationdun programme concurrentun ensemble de processus (ou dactivits) quidcrivent des actions squentielles.

un ensemble de contraintes (synchronisation,partage de ressources, change de donnes)Unetracedexcution

la squence des instructions effectivementexcute.



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Exemple : partage de ressources

1 while(true) {

2 R1.acqurir();

3 R2.acqurir();

4 travailler();

5 R1.librer();

6 R2.librer();

7 seReposer();

8 }

0start

1

2

3

4

5

R1.acqurir

R2.acqurirtravailler

R1.librer

R2.librer

seReposer



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Dfinition du paralllisme

Dfinition :On dit que deux instructions (actions,calculs) sont parallles si elles ont lieu au mme instant

Quest-ce quun instant ?



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Quest-ce quun instant ?



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Quest-ce quun instant ?Un point dans le temps. . . qui peut tre considrcomme de dure nulle



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Quest-ce quun instant ?Un point dans le temps. . . qui peut tre considrcomme de dure nulleAbstraitement : pas de relation causaleentre les deuxinstructions (indpendance)

ExemplesSur une machine : 2 sessions dutilisateurs diffrentsAvec plusieurs machines : des clients et un serveur



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Exemple de systme concurrent



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Pourquoi la concurrence ?

Cest naturel !Meilleure utilisation des ressources (partage)Meilleures performances

Plus de souplesse dans les interactions (plus blocagesur une entre)Meilleur contrle, en jouant sur les priorits



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Pourquoi la concurrence ?

Cest naturel !Meilleure utilisation des ressources (partage)Meilleures performances

Plus de souplesse dans les interactions (plus blocagesur une entre)Meilleur contrle, en jouant sur les priorits

Mais cest aussi beaucoup plus complexe !



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Rappels douloureux

Incident Therac 25TGV

Interblocage, famine, mauvais contrle (atomicit,

transaction), ...



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Partager correctement

Console

Radar

Radar

(x,y)

positionde la fuse

partage

Radar := while(true) {write(x); write(y);}

Console := while(true) {read(x); read(y); decision();}

Une trajectoire est prvue. Si on observe une erreur detrajectoire, on dtruit la fuseEt alors. . . ?



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Atomicit, exclusion mutuelle

Imaginez lentrelacement :write(x); read(x); read(y); write(y); decision();

La console observe lancienne valeur de y ! ! ! Ladcision peut tre errone.



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Atomicit, exclusion mutuelle

Imaginez lentrelacement :write(x); read(x); read(y); write(y); decision();

La console observe lancienne valeur de y ! ! ! Ladcision peut tre errone.

Il faut garantir la mise jour de x et y ensemble :on parle doprationatomique

Rendre atomique permet dassurer uneexclusionmutuelle, en interdisant tout autre processusdintervenir pendant lexcution de lazone critique.



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Non dterminisme

Avec la concurrence il faut imaginer que tous lesentrelacements sont possibles. Le choix du cheminrellement excut est inconnu.

On parle denon dterminisme.10 processus avec 10 instructions chacun cest dj1010 entrelacements possibles !

En consquence, il estdifficile de testerexhaustivement un programme concurrent. Denouveaux risques derreurs arrivent.



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Accder avec sret

Rseau

Disque

VoD1 VoD2

VoD1 := while(true) { acquire(Rx); acquire(Dd); compute();

release(Rx); release(Dd);}

VoD2 := while(true) { acquire(Dd); acquire(Rx); compute();

release(Rx); release(Dd);}

Et alors. . . ?



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Interblocage

Imaginez lentrelacement :VoD1.acquire(Rx); VoD2.acquire(Dd); VoD1.acquire(Dd);

VoD2.acquire(Rx);

VoD1 attend que VoD2 libre le disqueVoD2 que VoD1 libre le rseauPlus rien ne se passe, cest uninterblocage

Deux solutions ce type de problme :

prvention : viter que cela arrive.

gurison : tuer un des processus, librer ses possessions(verrous) et le redmarrer



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Conclusion intermdiaire

On a quelques intuitions de la concurrence et de sesdifficults.

Comment dcrire le temps ?

Comment dcrire la concurrence ?



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Avancement

1 La concurrence

2 La concurrence en UMLDiagramme de squencetats, transitions, activits



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Interaction en Java

1 public class Producer {2 ...

3 private Stock s ; //initialis par le constructeur4 ...

5 public void produce() {

6 Product o;

7 boolean full;

8 o = new Product("gomme");

9 s.add(o);

10 full = s.isEmpty();

11 }

12 ...13 }



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Un diagramme de squence : produce

:Producer o:Product s:Stocko=create()

add(o)

full=isEmpty()



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Squences et flux

p1:Producer s:Stock p2:Produceradd(o1)

add(o2)

Il y a des objetsactifs(p1etp2) et dautrespassifs(s)



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Squences et flux

p1:Producer s:Stock p2:Produceradd(o1)

add(o2)

p1 et p2 veulent accder en mme temps s. Il y a des

risques si lun des 2 modifie ltatde lobjet partag.Comment retarder ? Avec ou sans condition ? Parexemple si s est plein. . .



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Lien avec le cours Java

Comment crer des activits ? la classeThreadComment rendre atomique ?Comment assurer lexclusion mutuelle ?Comment synchroniser ? faire attendre ?Comment utiliser ces outils ? Une mthode

Comment reprsenter des automates et des filsdactivit en UML ?



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tats et automate

On considre un clavier de tlphone sur lequel oncompose des chiffres pour former un numro.



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tats et automate

On considre un clavier de tlphone sur lequel oncompose des chiffres pour former un numro.

0start 2 3n

n

num



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Vocabulaire : tat, transition, etc.

tat Reprsente un moment dans le temps (quipeut durer). On distingue les tats initiaux(sans origine) et finaux (sans issues).

Transition Reprsente un vnement qui fait passer

dun tat un autre de manire (abstraite)instantane. On distingue la transition (vide) qui permet une transition immdiate.

Garde Reprsente une condition pour quune

transition puisse tre tire.Action Opration attache une transition qui est

excute lors du tirage de la transition.


M h l (S M h )


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Machines tats simple (State Machine)

Un tel diagramme permet de dcrire les volutions destats dun objet.


M h (S M h )


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Machines tats (State Machine)


Li i d


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Limite des automates

Un ProtocolStateMachine UML permet de dcrire unfil dexcution comme par exemple les volutions destats dun objet.

Ltat peut tre dfini comme lensemble des valeursdes attributs de lobjet.

Comment dcrire plusieurs fils dxcution ?


Di d i i (A i i )


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Diagramme dactivits (Activity)

ActivityPartitionInitialNodeAction

ControlFlowObjectFlowDecisionNode

ForkNodeJoinNodeActivityFinal


C i


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Comparaisons

Quand utiliser les diffrents diagrammes ?Diagramme de squence : interactions entre objetsAutomate : un fil, volution des tats dun objets

Diagramme dactivit : plusieurs fils, plusieursobjets, peu de dtails

Les diagrammes dactivit sont plus adapts auxphases amont (analyse) du dveloppement.


C l i


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Conclusion

Un systme (logiciel) ncessite de nombreux points devue pour tre dcrit.UML offre des outils pour dcrire les points de vue :

structurel: diagramme de classe, objet, et dautres

temporel: diagramme dtat, dactivit, desquence, et dautresfonctionnel: diagramme de cas dutilisation ou

dactivit


C l i


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Conclusion

Ce cours donne quelques outils et intuitions sur lafaon de dcrire la concurrence.Le cours Java complte compltera avec une visionplus oprationnelle (excutable) de la concurrence.

LUV2 approfondira la comprhension de laconcurrence.


Partie I : Annexe


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Partie I :Annexe


Vocabulaire


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Vocabulaire

SpcificationProcessusActivit

* seq. dactionsContraintesDpendances

ProgrammationTche

* seq. dinstructionsThread(java)

Runnable(java)

ExcutionTraceCalculSupport

- Processeur- Cur- Systme

dexploitation- thread/process


Vocabulaire


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Vocabulaire

Flux, (Thread)ConcurrenceNondterminismeEntrelacementObject actif,passif

tat, transitionPartage

Diagramme UMLde squencedtat

dactivitAutomate

interblocageatomicitexclusion

mutuelle


uml comportemental et concurrence

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