Mutex vs Semaphore – Razlika među njima

Ključna razlika između Mutexa i Semaphore

• Mutex je mehanizam za zaključavanje, dok Semaphore je signalni mehanizam
• Mutex je samo objekt, dok Semaphore je cijeli broj
• Mutex nema podtip, dok semafor ima dvije vrste: brojački semafor i binarni semafor.
• Semaphore podržava modifikaciju operacija čekanja i signala, dok Mutex modificira samo proces koji može zatražiti ili osloboditi resurs.
• Semaphore vrijednost se mijenja pomoću operacija čekanja () i signala (), s druge strane, Mutex operacije se zaključavaju ili otključavaju.

Ovdje sam analizirao razliku između Mutexa i Semaphore te će sveobuhvatno procijeniti njihove prednosti i nedostatke.

Uobičajene činjenice o Mutexu i Semaphore

Iz moje prakse, evo nekoliko uobičajenih činjenica o Mutexu i Semaphore:

• Samo jedan zadatak može dobiti mutex. Dakle, mutex ima vlasništvo i samo ga vlasnik može osloboditi.
• Razlozi za korištenje mutexa i semafora su različiti, možda zbog sličnosti u njihovoj implementaciji, mutex bi se nazivao binarnim semaforom.
• Jedna vrlo poznata zabluda je da Mutexes i Semaphores su gotovo isti, s jedinom razlikom što Mutex može brojati do 1, dok Semaphorezna brojati od 0 do N.
• Uvijek postoji neizvjesnost između binarnog semafora i muteksa. Možda ćete čuti da je mutex binarni semafor, što nije točno.

Što je a Semaphore?

Semafor je jednostavno varijabla koja nije negativna i dijeli se između niti. Semafor je signalni mehanizam, a nit koja čeka na semafor može biti signalizirana drugom niti. Koristi dvije atomske operacije, 1) čekanje i 2) signal za sinkronizacija procesa.

A semafor dopušta ili ne dopušta pristup resursu, što ovisi o tome kako je postavljen.

Korištenje Semaphore

U slučaju jednog međuspremnika, međuspremnik od 4 KB možemo razdvojiti na četiri međuspremnika od 1 KB. Semaphore može se povezati s ova četiri međuspremnika. Ovo omogućuje korisnicima i proizvođačima da rade na različitim međuspremnicima u isto vrijeme.

Prednosti Semaphore

U mojoj praksi, evo ključnih pozitivnih strana korištenja semafora:

• Omogućuje više od jedne niti da pristupi kritičnom odjeljku
• Semaphores su neovisni o stroju.
• Semaphoreimplementirani su u strojno neovisan kod mikrojezgre.
• Ne dopuštaju da više procesa uđe u kritični odjeljak.
• Kako u semaforu postoji gust raspored čekanja, nikada nema gubitka vremena i resursa procesa.
• Oni su neovisni o stroju, što bi se trebalo izvoditi u kodu mikrojezgre neovisnom o stroju.
• Omogućuju fleksibilno upravljanje resursima.

Nedostaci Semaphores

Evo nedostataka semafora s kojima sam se susreo.

• Jedno od najvećih ograničenja semafora je inverzija prioriteta.
• Operativni sustav mora pratiti sve pozive na čekanje i signalizirati semafor.
• Njihovo korištenje nikada nije nametnuto, već samo prema konvenciji.
• Kako bi se izbjegli zastoji u semaforu, Wait and Signal operacije zahtijevaju da budu izvršene ispravnim redoslijedom.
• Semaphore programiranje je složena metoda, pa postoje šanse da se ne postigne međusobno isključivanje.
• To također nije praktična metoda za široku upotrebu jer njihova upotreba dovodi do gubitka modularnosti.
• Semaphore sklonija je greškama programera.
• Može uzrokovati zastoj ili kršenje međusobnog isključivanja zbog pogreške programera.

Što je Mutex?

Potpuni oblik Mutexa je objekt međusobnog isključivanja. To je posebna vrsta binarnog semafora koji se koristi za kontrolu pristupa dijeljenom resursu. Uključuje mehanizam nasljeđivanja prioriteta kako bi se izbjegli problemi proširene inverzije prioriteta. Omogućuje da trenutni zadaci višeg prioriteta ostanu u blokiranom stanju najkraće moguće vrijeme. Međutim, nasljeđivanje prioriteta ne ispravlja inverziju prioriteta, već samo minimizira njezin učinak.

Upotreba Mutexa

Mutex omogućuje međusobno isključivanje, što može biti proizvođač ili potrošač koji može imati ključ (mutex) i nastaviti sa svojim radom. Sve dok proizvođač puni međuspremnik, korisnik mora čekati i obrnuto. U Mutex zaključavanju, cijelo vrijeme, samo jedna nit može raditi s cijelim međuspremnikom.

Prednosti Mutexa

Iz onoga što sam primijetio, evo ključnih prednosti Mutexa:

• Muteksi su samo jednostavna zaključavanja dobivena prije ulaska u njegov kritični odjeljak i zatim otpuštanja.
• Budući da je samo jedna nit u kritičnom dijelu u bilo kojem trenutku, nema uvjeta utrke, a podaci uvijek ostaju dosljedni.

Nedostaci Mutexa

U svojoj sam praksi identificirao nekoliko nedostataka Mutexa.

• Ako nit dobije zaključavanje i ode u stanje mirovanja ili je preuzeta, tada se druga nit možda neće moći pomaknuti naprijed. To može dovesti do gladovanja.
• Ne može se zaključati ili otključati iz konteksta različitog od onog koji ga je stekao.
• Samo jedna nit smije biti dopuštena u kritičnom odjeljku odjednom.
• Normalna implementacija može dovesti do zauzetog stanja čekanja, što gubi CPU vrijeme.

Razlika između Semaphore i Mutex

Na temelju onoga što sam naučio radeći s njima, evo kako Mutexes i Semaphorerazlikuju se:

Parametri	Semaphore	muteksi
Mehanizam	To je vrsta signalnog mehanizma.	To je mehanizam za zaključavanje.
Tip podataka	Semaphore je cjelobrojna varijabla.	Mutex je samo objekt.
Modifikacija	Operacije čekanja i signala mogu modificirati semafor.	Modificira ga samo proces koji može zatražiti ili osloboditi resurs.
Upravljanje resursima	Ako nijedan resurs nije slobodan, tada proces zahtijeva resurs koji bi trebao izvršiti operaciju čekanja. Treba pričekati dok broj semafora ne bude veći od 0.	Ako je zaključan, proces mora pričekati. Proces treba držati u redu čekanja. Tome je potrebno pristupiti samo kada je mutex otključan.
Nit	Možete imati više programskih niti.	Možete imati više programskih niti u mutexu, ali ne istovremeno.
Svojina	Vrijednost se može promijeniti bilo kojim procesom koji oslobađa ili dobiva resurs.	Zaključavanje objekta oslobađa samo proces koji ga je zaključao.
Tipovi	Vrste Semaphore računaju semafor i binarni semafor.	Mutex nema podtipova.
OperaANJE	Semaphore vrijednost se mijenja pomoću operacije čekanja () i signala ().	Mutex objekt je zaključan ili otključan.
Zauzetost resursa	Zauzet je ako se svi resursi koriste i proces koji zahtijeva resurs izvodi operaciju čekanja () i blokira se dok broj semafora ne postane >1.	U slučaju da je objekt već zaključan, proces koji zahtijeva resurse čeka i sustav ga stavlja u red čekanja prije otpuštanja zaključavanja.

Zaključak

Prema mom iskustvu, ključ za odabir između muteksa i semafora je prepoznavanje njihovih operativnih nijansi. Semaphoreidealni su za složene sinkronizacije, dok su muteksi prikladni za izravna uzajamna isključivanja, osiguravajući sigurnost resursa u jednostavnijim kontekstima.