Mi a Semaphore? Számlálás, bináris típusok példával
Nathaniel Brooks
⚡ Okos összefoglaló
Semaphore Egy operációs rendszerben a `` egy nemnegatív egész változó, amelyet a szálak megosztanak, és amely két atomi műveleten, a várakozáson és a jelzésen keresztül koordinálja a megosztott erőforrásokhoz való hozzáférést, megakadályozva a versenyhelyzeteket a folyamatok szinkronizálása során.
Mi a Semaphore?
Semaphore Egyszerűen egy változó, amely nem negatív és megosztva a szálak között. A szemafor egy jelzőmechanizmus, és a szemaforon várakozó szálat egy másik szál jelezheti. Két atomi műveletet használ: 1) Várjon és 2) Signal a folyamat szinkronizálásához.
A szemafor vagy engedélyezi vagy letiltja az erőforráshoz való hozzáférést, ami attól függ, hogyan van beállítva.
Jellemzői Semaphore
Íme a szemafor jellemzői:
- Ez egy olyan mechanizmus, amely a feladatok szinkronizálására használható.
- Ez egy alacsony szintű szinkronizálási mechanizmus.
- Semaphore mindig tartalmaz egy nem negatív egész értéket.
- Semaphore tesztműveletekkel és megszakításokkal valósítható meg, amelyeket fájlleírók segítségével kell végrehajtani.
Típusok Semaphores
A szemaforok két gyakori típusa a következő:
- Szemaforok számolása
- Bináris szemaforok
Számolás Semaphores
Ez a fajta Semaphore egy számlálót használ, amely segít abban, hogy egy feladatot többször is meg lehessen szerezni vagy el lehessen engedni. Ha a kezdeti számláló = 0, akkor a számláló szemafort nem elérhető állapotban kell létrehozni.
Ha azonban a szám > 0, akkor a szemafor a rendelkezésre álló állapotban jön létre, és a benne lévő tokenek száma megegyezik a számával.
Kétkomponensű Semaphores
A bináris szemaforok meglehetősen hasonlóak a szemaforok számlálásához, de értékük 0-ra és 1-re korlátozódik. Az ilyen típusú szemaforokban a várakozási művelet csak akkor működik, ha a szemafor = 1, a jelzési művelet pedig akkor sikeres, ha a szemafor = 0. Könnyebb megvalósítani, mint a szemaforok számlálását.
Például az Semaphore
Az alább megadott program egy lépésről lépésre történő megvalósítás, amely magában foglalja egy szemafor használatát és deklarálását.
Shared var mutex: semaphore = 1;
Process i
begin
.
.
P(mutex);
execute CS;
V(mutex);
.
.
End;
Várj és Signal Operabe Semaphores
Mindkét művelet végrehajtására szolgál folyamat szinkronizálás. Ennek a szemafor műveletnek a célja a kölcsönös kizárás.
Várni rá OperaCIÓ
Ez a fajta szemaforművelet segít a feladat kritikus szakaszba való belépésének szabályozásában. Ha azonban a várakozás értéke pozitív, akkor az X várakozási argumentum értéke csökken. Negatív vagy nulla érték esetén nem történik művelet. P(S) műveletnek is nevezik.
A szemafor értékének csökkentése után, amely negatívvá válik, a parancs addig marad fenn, amíg a szükséges feltételek teljesülnek.
P(S)
{
while (S<=0);
S--;
}
Signal működés
Ez a fajta Semaphore művelet egy feladat kritikus szakaszból való kilépésének vezérlésére szolgál. Segít növelni az argumentum értékét 1-gyel, amelyet V(S)-ként jelölünk.
P(S)
{
while (S>=0);
S++;
}
Számolás Semaphore vs. Bináris Semaphore
Íme néhány fő különbség a számlálás és a bináris szemafor között:
| Számolás Semaphore | Kétkomponensű Semaphore |
| Nincs kölcsönös kizárás | Kölcsönös kizárás |
| Bármilyen egész érték | Csak 0 és 1 érték |
| Egynél több slot | Csak egy slot |
| Adja meg a folyamatok készletét | Kölcsönös kizárási mechanizmussal rendelkezik. |
A különbség köztük Semaphore vs. Mutex
Az alábbi táblázat összehasonlít egy szemafor mutexszel több paraméter alapján:
| paraméterek | Semaphore | mutexek |
| Szerkezet | Ez egyfajta jelzőmechanizmus. | Ez egy zárszerkezet. |
| Adattípus | Semaphore egy egész változó. | A Mutex csak egy tárgy. |
| Módosítás | A várakozás és jelzés műveletek módosíthatják a szemafort. | Csak az erőforrást kérő vagy felszabadító folyamat módosítja. |
| Erőforrás menedzsment | Ha nincs szabad erőforrás, akkor a folyamathoz olyan erőforrásra van szükség, amelynek végre kell hajtania a várakozási műveletet. Meg kell várnia, amíg a szemaforok száma nagyobb, mint 0. | Ha zárolva van, a folyamatnak várnia kell. A folyamatot sorban kell tartani. Ezt csak akkor kell elérni, ha a mutex fel van oldva. |
| Szál | Több programszál is lehet. | Több programszál is lehet a mutexben, de nem egyszerre. |
| Tulajdon | Az értéket bármely, az erőforrást felszabadító vagy megszerző folyamat megváltoztathatja. | Az objektumzárat csak az a folyamat oldja fel, amelyik megkapta a zárolást. |
| Típusai | Típusok Semaphore szemafort és bináris szemafort számol. | A Mutexnek nincsenek altípusai. |
| OperaCIÓ | Semaphore az érték módosítása a várakozás () és a jel () művelettel történik. | A Mutex objektum zárolva van vagy fel van oldva. |
| Erőforrások Foglaltság | Lefoglalt, ha minden erőforrás használatban van, és az erőforrást kérő folyamat várakozási () műveletet hajt végre, és blokkolja magát, amíg a szemaforok száma >1 lesz. | Abban az esetben, ha az objektum már zárolva van, az erőforrásokat kérő folyamat vár, és sorba állítja a rendszer a zárolás feloldása előtt. |
Előnyei Semaphores
Itt vannak a használat előnyei/előnyei Semaphore:
- Lehetővé teszi, hogy egynél több szál hozzáférjen a kritikus szakaszhoz.
- Semaphores gépfüggetlenek.
- Semaphores a mikrokernel gépfüggetlen kódjában vannak megvalósítva.
- Nem teszik lehetővé több folyamat belépését a kritikus szakaszba.
- Mivel a szemaforban nyüzsgő várakozás folyik, soha nem vesztegetik a folyamatidőt és az erőforrásokat.
- Gépfüggetlenek, amelyeket a mikrokernel gépfüggetlen kódjában kell futtatni.
- Lehetővé teszik az erőforrások rugalmas kezelését.
Hátrányai Semaphores
Íme a szemafor hátrányai/hátrányai:
- A szemafor egyik legnagyobb korlátja az elsőbbségi inverzió.
- Az operációs rendszernek fenn kell tartania track az összes várakozási és jelzőszemafor hívás.
- Használatukat soha nem kényszerítik ki, de csak megállapodás alapján.
- A szemafor holtpontjainak elkerülése érdekében a Várj és Signal a műveleteket a megfelelő sorrendben kell végrehajtani.
- Semaphore A programozás bonyolult, így van esély a kölcsönös kizárás elkerülésére.
- Szintén nem praktikus módszer nagyüzemi használatra, mivel használatuk a modularitás elvesztéséhez vezet.
- Semaphore hajlamosabb a programozói hibákra.
- Előfordulhat holtpont vagy a kölcsönös kizárás megsértése programozói hiba miatt.
