ما هي تفاصيل Semaphore؟ العد، الأنواع الثنائية مع المثال

ما هي تفاصيل Semaphore?

Semaphore هو ببساطة متغير غير سلبي ومشترك بين الخيوط. إشارة المرور هي آلية إشارات، ويمكن لخيط ينتظر إشارة مرور أن يتم إرسال إشارة له بواسطة خيط آخر. يستخدم عمليتين ذريتين، 1) الانتظار، و2) Signal لمزامنة العملية.

تسمح الإشارة أو لا تسمح بالوصول إلى المورد، الأمر الذي يعتمد على كيفية إعداده.

خصائص Semaphore

فيما يلي خصائص إشارة المرور:

• إنها آلية يمكن استخدامها لتوفير المزامنة للمهام.
• إنها آلية مزامنة منخفضة المستوى.
• Semaphore سيحتوي دائمًا على قيمة عددية غير سالبة.
• Semaphore يمكن تنفيذها باستخدام عمليات الاختبار والمقاطعات، والتي يجب تنفيذها باستخدام أوصاف الملفات.

انواع من Semaphores

النوعان الشائعان من إشارات المرور هما:

• عد الإشارات
• الإشارات الثنائية

عد Semaphores

هذا النوع من Semaphore يستخدم هذا النظام عدادًا يساعد على الحصول على مهمة أو تحريرها عدة مرات. إذا كان العداد الأولي يساوي صفرًا، فيجب إنشاء إشارة العد في حالة غير متاحة.

ومع ذلك، إذا كان العدد > 0، فسيتم إنشاء الإشارة في الحالة المتاحة، ويكون عدد الرموز المميزة بها مساويًا لعددها.

ثنائي Semaphores

تتشابه الإشارات الثنائية إلى حد كبير مع إشارات العد، لكن قيمتها محصورة بين 0 و1. في هذا النوع من الإشارات، تعمل عملية الانتظار فقط إذا كانت قيمة الإشارة تساوي 1، وتنجح عملية الإشارة عندما تكون قيمة الإشارة تساوي 0. وهي أسهل في التنفيذ من إشارات العد.

مثال Semaphore

البرنامج الموضح أدناه هو تطبيق خطوة بخطوة، والذي يتضمن استخدام وإعلان إشارة المرور.

Shared var mutex: semaphore = 1;
Process i
    begin
    .
    .
    P(mutex);
    execute CS;
    V(mutex);
    .
    .
    End;

انتظر و Signal Operaفي Semaphores

يتم استخدام كلتا العمليتين للتنفيذ مزامنة العمليةالهدف من عملية الإشارة هذه هو الحصول على الاستبعاد المتبادل.

أنتظر لأجل Operaالإنتاج

يساعدك هذا النوع من عمليات السيمافور على التحكم في إدخال مهمة إلى القسم الحرج. ومع ذلك، إذا كانت قيمة wait موجبة، فإن قيمة وسيطة wait X ستنخفض. وفي حالة القيمة السالبة أو الصفرية، لا يتم تنفيذ أي عملية. وتسمى أيضًا عملية P(S).

بعد أن تنخفض قيمة الإشارة، والتي تصبح سالبة، يتم تعليق الأمر حتى يتم استيفاء الشروط المطلوبة.

P(S)
{
    while (S<=0);
    S--;
}

Signal عملية

هذا النوع من Semaphore تُستخدم العملية للتحكم في خروج المهمة من قسم حرج. وهي تساعد في زيادة قيمة الوسيطة بمقدار 1، والتي يشار إليها بـ V(S).

P(S)
{
    while (S>=0);
    S++;
}

عد Semaphore مقابل ثنائي Semaphore

فيما يلي بعض الاختلافات الرئيسية بين العد والإشارة الثنائية:

الفرق بين Semaphore مقابل Mutex

يقارن الجدول أدناه بين إشارة ثنائية مع قفل تبادلي عبر عدة معايير:

مزايا Semaphores

هنا، إيجابيات/فوائد الاستخدام Semaphore:

• يسمح ذلك لأكثر من خيط واحد بالوصول إلى القسم الحرج.
• Semaphoreإنها مستقلة عن الآلة.
• Semaphoreيتم تنفيذ s في الكود المستقل عن الآلة للنوية الدقيقة.
• أنها لا تسمح لعمليات متعددة بالدخول إلى القسم الحرج.
• ونظرًا لأن هناك انشغالًا في الانتظار في الإشارة، فلا يوجد أي إهدار لوقت العملية والموارد.
• وهي مستقلة عن الآلة، ويجب تشغيلها في التعليمات البرمجية المستقلة عن الآلة للنوية الدقيقة.
• أنها تسمح بإدارة مرنة للموارد.

عيوب Semaphores

فيما يلي سلبيات/عيوب استخدام الإشارات الضوئية:

• أحد أكبر قيود الإشارة هو انعكاس الأولوية.
• يجب على نظام التشغيل أن يحتفظ track من جميع المكالمات للانتظار والإشارة باستخدام الإشارات الضوئية.
• ولا يتم فرض استخدامها أبدًا، ولكن يتم ذلك بموجب الاتفاقية فقط.
• من أجل تجنب الجمود في الإشارة الضوئية، يجب عليك الانتظار و Signal يجب تنفيذ العمليات بالترتيب الصحيح.
• Semaphore البرمجة معقدة، لذا هناك احتمالات لعدم تحقيق الاستبعاد المتبادل.
• كما أنها ليست طريقة عملية للاستخدام على نطاق واسع لأن استخدامها يؤدي إلى فقدان النمطية.
• Semaphore أكثر عرضة للخطأ المبرمج.
• قد يسبب ذلك مأزق أو انتهاك الاستبعاد المتبادل بسبب خطأ مبرمج.

الأسئلة الشائعة