Mutex vs Semaphore – Unterschied zwischen ihnen

Hauptunterschied zwischen Mutex und Semaphore

Mutex ist ein Sperrmechanismus, während Semaphore ist ein Signalmechanismus
Mutex ist nur ein Objekt, während Semaphore ist eine ganze Zahl
Mutex hat keinen Untertyp, während Semaphor zwei Typen hat: Zählsemaphor und binäres Semaphor.
Semaphore unterstützt die Änderung von Warte- und Signalvorgängen, während Mutex nur von dem Prozess geändert wird, der eine Ressource anfordern oder freigeben kann.
Semaphore Der Wert wird mithilfe von wait()- und signal()-Operationen geändert, während Mutex-Operationen gesperrt oder entsperrt werden.

Hier habe ich den Unterschied zwischen Mutex und Semaphore und wird deren Vor- und Nachteile umfassend bewerten.

Allgemeine Fakten über Mutex und Semaphore

Aus meiner Praxis sind hier einige allgemeine Fakten über Mutex vs. Semaphore:

Nur eine Aufgabe kann den Mutex erwerben. Somit hat ein Mutex das Eigentum und nur der Eigentümer kann es freigeben.
Die Gründe für die Verwendung von Mutex und Semaphor sind unterschiedlich, möglicherweise aufgrund der Ähnlichkeit in ihrer Implementierung. Ein Mutex würde als binäres Semaphor bezeichnet.
Ein weit verbreitetes Missverständnis ist, dass Mutexe und Semaphores sind fast gleich, mit dem einzigen Unterschied, dass ein Mutex bis 1 zählen kann, während Semaphorekann von 0 bis N zählen.
Es besteht immer Unsicherheit zwischen binärem Semaphor und Mutex. Möglicherweise hören Sie, dass ein Mutex ein binäres Semaphor ist, was nicht korrekt ist.

Non-Profit Semaphore?

Mit Semaphor ist einfach eine Variable, die nicht negativ ist und von Threads gemeinsam genutzt wird. Ein Semaphor ist ein Signalmechanismus, und ein Thread, der auf einen Semaphor wartet, kann von einem anderen Thread signalisiert werden. Es verwendet zwei atomare Operationen, 1) warten und 2) signalisieren für die Prozesssynchronisation.

A Semaphor Der Zugriff auf die Ressource wird entweder zugelassen oder verweigert, je nachdem, wie sie eingerichtet ist.

Gebrauch von Semaphore

Im Fall eines einzelnen Puffers können wir den 4-KB-Puffer in vier 1-KB-Puffer aufteilen. Semaphore können diesen vier Puffern zugeordnet werden. Dadurch können Benutzer und Produzenten gleichzeitig an verschiedenen Puffern arbeiten.

Vorteile von Semaphore

In meiner Praxis sind hier die wichtigsten Vorteile der Verwendung von Semaphoren:

Dadurch kann mehr als ein Thread auf den kritischen Abschnitt zugreifen
Semaphores sind maschinenunabhängig.
Semaphores werden im maschinenunabhängigen Code des Mikrokernels implementiert.
Sie erlauben nicht, dass mehrere Prozesse in den kritischen Abschnitt gelangen.
Da es bei Semaphore einen vollen Warteplan gibt, kommt es nie zu einer Verschwendung von Prozesszeit und Ressourcen.
Sie sind maschinenunabhängig und sollten im maschinenunabhängigen Code des Mikrokernels ausgeführt werden.
Sie ermöglichen eine flexible Verwaltung der Ressourcen.

Nachteile von Semaphores

Hier sind die Nachteile von Semaphoren, auf die ich gestoßen bin.

Eine der größten Einschränkungen eines Semaphors ist die Prioritätsumkehr.
Das Betriebssystem muss alle Warte- und Signalaufrufe im Auge behalten.
Ihre Verwendung wird niemals erzwungen, sondern erfolgt nur durch Konvention.
Um Deadlocks im Semaphor zu vermeiden, müssen die Wait- und Signal Operationen müssen in der richtigen Reihenfolge ausgeführt werden.
Semaphore Da es sich bei der Programmierung um eine komplexe Methode handelt, besteht die Möglichkeit, dass die gegenseitige Ausgrenzung nicht erreicht wird.
Es ist auch keine praktische Methode für den Einsatz in großem Maßstab, da ihre Verwendung zu einem Verlust der Modularität führt.
Semaphore ist anfälliger für Programmierfehler.
Es kann verursachen Deadlock oder Verletzung des gegenseitigen Ausschlusses aufgrund eines Programmierfehlers.

Was ist Mutex?

Die vollständige Form von Mutex ist Mutual Exclusion Object. Es handelt sich um einen speziellen Typ eines binären Semaphors, der zur Steuerung des Zugriffs auf die gemeinsam genutzte Ressource verwendet wird. Es enthält einen Mechanismus zur Prioritätsvererbung, um erweiterte Probleme bei der Prioritätsumkehr zu vermeiden. Dadurch können aktuelle Aufgaben mit höherer Priorität so kurz wie möglich im blockierten Zustand gehalten werden. Allerdings korrigiert die Prioritätsvererbung die Prioritätsumkehr nicht, sondern minimiert nur deren Auswirkung.

Verwendung von Mutex

Ein Mutex ermöglicht gegenseitigen Ausschluss. Dabei kann es sich entweder um einen Produzenten oder einen Konsumenten handeln, die den Schlüssel (Mutex) haben und mit ihrer Arbeit fortfahren können. Solange der Produzent den Puffer füllt, muss der Benutzer warten und umgekehrt. Bei einer Mutex-Sperre kann immer nur ein einziger Thread mit dem gesamten Puffer arbeiten.

Vorteile von Mutex

Nach meinen Beobachtungen sind hier die wichtigsten Vorteile von Mutex:

Mutexe sind lediglich einfache Sperren, die vor dem Eintritt in den kritischen Abschnitt und der anschließenden Freigabe erhalten werden.
Da sich immer nur ein Thread in seinem kritischen Abschnitt befindet, gibt es keine Race Conditions und die Daten bleiben immer konsistent.

Nachteile von Mutex

In meiner Praxis habe ich mehrere Nachteile von Mutex festgestellt.

Wenn ein Thread eine Sperre erhält und in den Ruhezustand wechselt oder vorzeitig freigegeben wird, kann es sein, dass der andere Thread nicht weitermachen kann. Dies kann zum Verhungern führen.
Es kann nicht in einem anderen Kontext als dem, in dem es erworben wurde, gesperrt oder entsperrt werden.
Im kritischen Abschnitt sollte jeweils nur ein Thread zulässig sein.
Die normale Implementierung kann zu einem ausgelasteten Wartezustand führen, der CPU-Zeit verschwendet.

Unterschied zwischen Semaphore und Mutex

Basierend auf dem, was ich bei der Arbeit mit ihnen gelernt habe, hier ist, wie Mutexes und Semaphores unterscheiden sich:

Kenngrößen	Semaphore	Mutex
Mechanismus	Es handelt sich um eine Art Signalmechanismus.	Es handelt sich um einen Verriegelungsmechanismus.
Dateityp	Semaphore ist eine ganzzahlige Variable.	Mutex ist nur ein Objekt.
Änderung	Die Warte- und Signalvorgänge können ein Semaphor ändern.	Es wird nur durch den Prozess geändert, der eine Ressource anfordern oder freigeben kann.
Resourcenmanagement	Wenn keine Ressource frei ist, benötigt der Prozess eine Ressource, die eine Warteoperation ausführen soll. Er soll warten, bis der Zähler des Semaphors größer als 0 ist.	Wenn es gesperrt ist, muss der Prozess warten. Der Prozess sollte in einer Warteschlange gehalten werden. Darauf muss nur zugegriffen werden, wenn der Mutex entsperrt ist.
Thread	Sie können mehrere Programmthreads haben.	Sie können mehrere Programm-Threads im Mutex haben, aber nicht gleichzeitig.
Impressum	Der Wert kann durch jeden Prozess geändert werden, der die Ressource freigibt oder erhält.	Die Objektsperre wird nur von dem Prozess aufgehoben, der die Sperre dafür erhalten hat.
Typen	Arten von Semaphore sind Zählsemaphor und Binärsemaphor.	Mutex hat keine Untertypen.
Produktion	Semaphore Der Wert wird mit den Operationen wait() und signal() geändert.	Das Mutex-Objekt ist gesperrt oder entsperrt.
Ressourcenbelegung	Es ist belegt, wenn alle Ressourcen verwendet werden und der die Ressource anfordernde Prozess die Wait()-Operation ausführt und sich selbst blockiert, bis die Semaphorenanzahl >1 wird.	Falls das Objekt bereits gesperrt ist, wartet der Prozess, der Ressourcen anfordert, und wird vom System in die Warteschlange gestellt, bevor die Sperre aufgehoben wird.

Fazit

Meiner Erfahrung nach liegt der Schlüssel zur Wahl zwischen Mutexen und Semaphoren darin, ihre betrieblichen Nuancen zu erkennen. Semaphores sind ideal für komplexe Synchronisierungen, während Mutexe für einfache gegenseitige Ausschlüsse geeignet sind und die Ressourcensicherheit in einfacheren Kontexten gewährleisten.