Τι είναι Semaphore? Καταμέτρηση, Δυαδικοί τύποι με Παράδειγμα

Τι είναι Semaphore?

Semaphore είναι απλώς μια μεταβλητή που δεν είναι αρνητική και μοιράζεται μεταξύ των νημάτων. Ένας σηματοφόρος είναι ένας μηχανισμός σηματοδότησης και ένα νήμα που περιμένει σε έναν σηματοφόρο μπορεί να σηματοδοτηθεί από ένα άλλο νήμα. Χρησιμοποιεί δύο ατομικές λειτουργίες, 1) Αναμονή και 2) Signal για τον συγχρονισμό της διαδικασίας.

Ένας σηματοφόρος είτε επιτρέπει είτε δεν επιτρέπει την πρόσβαση στον πόρο, κάτι που εξαρτάται από τον τρόπο ρύθμισης του.

Χαρακτηριστικά του Semaphore

Ακολουθούν τα χαρακτηριστικά ενός σημαφόρου:

• Είναι ένας μηχανισμός που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παρέχει συγχρονισμό εργασιών.
• Είναι ένας μηχανισμός συγχρονισμού χαμηλού επιπέδου.
• Semaphore θα έχει πάντα μια μη αρνητική ακέραια τιμή.
• Semaphore μπορεί να υλοποιηθεί χρησιμοποιώντας δοκιμαστικές λειτουργίες και διακοπές, οι οποίες θα πρέπει να εκτελεστούν χρησιμοποιώντας περιγραφείς αρχείων.

Τύποι Semaphores

Τα δύο συνηθισμένα είδη σημαφόρων είναι:

• Μετρώντας σηματοφόρους
• Δυαδικοί σημαφόροι

Αρίθμηση Semaphores

Αυτό το είδος της Semaphore χρησιμοποιεί μια μέτρηση που βοηθά μια εργασία να αποκτηθεί ή να αποδεσμευτεί πολλές φορές. Εάν η αρχική μέτρηση = 0, ο σημαφόρος μέτρησης θα πρέπει να δημιουργηθεί σε μη διαθέσιμη κατάσταση.

Ωστόσο, εάν η καταμέτρηση είναι > 0, ο σηματοφόρος δημιουργείται στη διαθέσιμη κατάσταση και ο αριθμός των διακριτικών που έχει ισούται με τον αριθμό του.

Binary Semaphores

Οι δυαδικοί σημαφόροι είναι αρκετά παρόμοιοι με την καταμέτρηση σημαφόρων, αλλά η τιμή τους περιορίζεται στο 0 και το 1. Σε αυτόν τον τύπο σημαφόρου, η λειτουργία αναμονής λειτουργεί μόνο εάν σημαφόρος = 1 και η λειτουργία σήματος επιτυγχάνει όταν σημαφόρος = 0. Είναι πιο εύκολο να εφαρμοστεί από την καταμέτρηση σημαφόρων.

Παράδειγμα Semaphore

Το παρακάτω πρόγραμμα είναι μια βήμα προς βήμα υλοποίηση, η οποία περιλαμβάνει τη χρήση και τη δήλωση ενός σημαφόρου.

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

Περίμενε και Signal Operaθέσεις σε Semaphores

Και οι δύο αυτές λειτουργίες χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση συγχρονισμός διαδικασίας. Ο στόχος αυτής της λειτουργίας σηματοφόρου είναι ο αμοιβαίος αποκλεισμός.

Περίμενε για Operaσμού

Αυτός ο τύπος λειτουργίας σηματοφόρου σάς βοηθά να ελέγξετε την είσοδο μιας εργασίας στο κρίσιμο τμήμα. Ωστόσο, εάν η τιμή της αναμονής είναι θετική, τότε η τιμή του ορίσματος αναμονής X μειώνεται. Σε περίπτωση αρνητικής ή μηδενικής τιμής, δεν εκτελείται καμία πράξη. Ονομάζεται επίσης λειτουργία P(S).

Αφού μειωθεί η τιμή του σηματοφόρου, η οποία γίνεται αρνητική, η εντολή διατηρείται μέχρι να ικανοποιηθούν οι απαιτούμενες συνθήκες.

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

Signal λειτουργία

Αυτό το είδος της Semaphore η λειτουργία χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της εξόδου μιας εργασίας από ένα κρίσιμο τμήμα. Βοηθά στην αύξηση της τιμής του ορίσματος κατά 1, το οποίο συμβολίζεται ως V(S).

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

Αρίθμηση Semaphore έναντι δυαδικού Semaphore

Εδώ, είναι μερικές σημαντικές διαφορές μεταξύ μέτρησης και δυαδικού σηματοφόρου:

Διαφορά μεταξύ Semaphore εναντίον Mutex

Ο παρακάτω πίνακας συγκρίνει ένα σημαφόρος με mutex σε διάφορες παραμέτρους:

Πλεονεκτήματα της Semaphores

Εδώ, είναι τα πλεονεκτήματα/πλεονεκτήματα της χρήσης Semaphore:

• Επιτρέπει σε περισσότερα από ένα νήματα να έχουν πρόσβαση στην κρίσιμη ενότητα.
• Semaphoreείναι ανεξάρτητα από μηχανή.
• Semaphores υλοποιούνται στον ανεξάρτητο από μηχανή κώδικα του μικροπυρήνα.
• Δεν επιτρέπουν την είσοδο πολλαπλών διεργασιών στο κρίσιμο τμήμα.
• Καθώς υπάρχει πολυάσχολη αναμονή στο σηματοφόρο, δεν γίνεται ποτέ σπατάλη χρόνου και πόρων της διαδικασίας.
• Είναι ανεξάρτητα από μηχανή, τα οποία θα πρέπει να εκτελούνται στον ανεξάρτητο από μηχανή κώδικα του μικροπυρήνα.
• Επιτρέπουν την ευέλικτη διαχείριση των πόρων.

Μειονεκτήματα του Semaphores

Εδώ, είναι τα μειονεκτήματα/μειονεκτήματα του σηματοφορέα:

• Ένας από τους μεγαλύτερους περιορισμούς ενός σηματοφόρου είναι η αντιστροφή προτεραιότητας.
• Το λειτουργικό σύστημα πρέπει να διατηρεί track όλων των κλήσεων για αναμονή και σηματοδότηση σηματοδότη.
• Η χρήση τους δεν επιβάλλεται ποτέ, αλλά γίνεται μόνο με σύμβαση.
• Προκειμένου να αποφευχθούν αδιέξοδα στο σηματοφόρο, το Wait και Signal οι λειτουργίες πρέπει να εκτελούνται με τη σωστή σειρά.
• Semaphore Ο προγραμματισμός είναι περίπλοκος, επομένως υπάρχουν πιθανότητες να μην επιτευχθεί αμοιβαίος αποκλεισμός.
• Δεν είναι επίσης μια πρακτική μέθοδος για χρήση σε μεγάλη κλίμακα καθώς η χρήση τους οδηγεί σε απώλεια της αρθρωτής ικανότητας.
• Semaphore είναι πιο επιρρεπής σε σφάλματα προγραμματιστή.
• Μπορεί να προκαλέσει αδιέξοδο ή παραβίαση αμοιβαίου αποκλεισμού λόγω σφάλματος προγραμματιστή.

Συχνές Ερωτήσεις