O que é o Semaphore? Contando, tipos binários com exemplo

Característica de Semaphore

Aqui estão as características de um semáforo:

• É um mecanismo que pode ser usado para fornecer sincronização de tarefas.
• É um mecanismo de sincronização de baixo nível.
• Semaphore sempre conterá um valor inteiro não negativo.
• Semaphore pode ser implementado usando operações de teste e interrupções, que devem ser executadas usando descritores de arquivo.

Tipos de Semaphores

Os dois tipos comuns de semáforos são

• Contando semáforos
• Semáforos binários.

Contando Semaphores

Este tipo de Semaphore usa uma contagem que ajuda a tarefa a ser adquirida ou liberada inúmeras vezes. Se a contagem inicial = 0, o semáforo de contagem deve ser criado no estado indisponível.

Porém, se a contagem for> 0, o semáforo é criado no estado disponível e o número de tokens que possui é igual à sua contagem.

Binário Semaphores

Os semáforos binários são bastante semelhantes aos semáforos de contagem, mas seu valor é restrito a 0 e 1. Neste tipo de semáforo, a operação de espera funciona apenas se o semáforo = 1, e a operação de sinal é bem-sucedida quando o semáforo = 0. É fácil implementar do que contar semáforos.

Exemplo de Semaphore

O programa fornecido a seguir é uma implementação passo a passo, que envolve o uso e declaração de semáforo.

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

Espere e Signal Operações em Semaphores

Ambas as operações são usadas para implementar sincronização de processo. O objetivo desta operação de semáforo é obter exclusão mútua.

Esperar por Operação

Este tipo de operação de semáforo ajuda a controlar a entrada de uma tarefa na seção crítica. No entanto, se o valor de espera for positivo, o valor do argumento de espera X será decrementado. No caso de valor negativo ou zero, nenhuma operação é executada. Também é chamada de operação P(S).

Após a diminuição do valor do semáforo, que se torna negativo, o comando é mantido até que as condições exigidas sejam satisfeitas.

Copy CodeP(S)
{ 
    while (S<=0);
    S--;
}

Signal operação

Este tipo de Semaphore operação é usada para controlar a saída de uma tarefa de uma seção crítica. Ela ajuda a aumentar o valor do argumento em 1, que é denotado como V(S).

Copy CodeP(S)
{ 
    while (S>=0);
    S++;
}

Contando Semaphore vs. Binário Semaphore

Aqui estão algumas diferenças importantes entre contagem e semáforo binário:

Contando Semaphore	Binário Semaphore
Sem exclusão mútua	Exclusão mútua
Qualquer valor inteiro	Valor apenas 0 e 1
Mais de um slot	Apenas um slot
Fornecer um conjunto de processos	Tem um mecanismo de exclusão mútua.

Diferença entre Semaphore versus mutex

Parâmetros Técnicos	Semaphore	Mutex
Mecanismo	É um tipo de mecanismo de sinalização.	É um mecanismo de bloqueio.
Tipo de dados	Semaphore é uma variável inteira.	Mutex é apenas um objeto.
Modificação	As operações de espera e sinal podem modificar um semáforo.	É modificado apenas pelo processo que pode solicitar ou liberar um recurso.
Gestão de recursos	Se nenhum recurso estiver livre, então o processo requer um recurso que deve executar a operação de espera. Deve-se esperar até que a contagem do semáforo seja maior que 0.	Se estiver bloqueado, o processo terá que esperar. O processo deve ser mantido em fila. Isso precisa ser acessado somente quando o mutex estiver desbloqueado.
Fio	Você pode ter vários threads de programa.	Você pode ter vários threads de programa em mutex, mas não simultaneamente.
Propriedade	O valor pode ser alterado por qualquer processo que libere ou obtenha o recurso.	O bloqueio do objeto é liberado apenas pelo processo que o obteve.
Tipos	Tipos de Semaphore estão contando semáforo e semáforo binário e	Mutex não possui subtipos.
Divisão de	Semaphore o valor é modificado usando as operações wait() e signal().	O objeto Mutex está bloqueado ou desbloqueado.
Ocupação de Recursos	Ele está ocupado se todos os recursos estiverem sendo utilizados e o processo solicitante do recurso realizar a operação wait () e se bloquear até que a contagem do semáforo se torne >1.	Caso o objeto já esteja bloqueado, o processo que solicita recursos aguarda e é enfileirado pelo sistema antes que o bloqueio seja liberado.

Vantagens de Semaphores

Aqui estão os prós/benefícios de usar Semaphore:

• Permite que mais de um thread acesse a seção crítica
• Semaphores são independentes da máquina.
• Semaphores são implementados no código independente de máquina do microkernel.
• Eles não permitem que vários processos entrem na seção crítica.
• Como há uma espera ocupada no semáforo, nunca há desperdício de tempo e recursos de processo.
• Eles são independentes de máquina, e devem ser executados no código independente de máquina do microkernel.
• Eles permitem o gerenciamento flexível de recursos.

Desvantagem dos semáforos

Aqui estão os contras/desvantagens do semáforo

• Uma das maiores limitações de um semáforo é a inversão de prioridade.
• O sistema operacional deve acompanhar todas as chamadas de espera e sinalizar o semáforo.
• Seu uso nunca é obrigatório, mas é apenas por convenção.
• Para evitar deadlocks no semáforo, o Wait e Signal as operações precisam ser executadas na ordem correta.
• Semaphore a programação é complicada, por isso há possibilidades de não se alcançar a exclusão mútua.
• Também não é um método prático para utilização em larga escala, uma vez que a sua utilização conduz à perda de modularidade.
• Semaphore é mais sujeito a erros do programador.
• Pode causar impasse ou violação de exclusão mútua devido a erro do programador.

Resumo

• Semaphore é definido como uma variável não negativa e compartilhada entre threads.
• É um mecanismo que pode ser usado para fornecer sincronização de tarefas.
• O semáforo de contagem usa uma contagem que ajuda a tarefa a ser adquirida ou liberada inúmeras vezes.
• Os semáforos binários são bastante semelhantes aos semáforos de contagem, mas seu valor é restrito a 0 e 1.
• A operação de espera ajuda você a controlar a entrada de uma tarefa na seção crítica
• Signal A operação de semáforo é usada para controlar a saída de uma tarefa de uma seção crítica
• Contando Semaphore não tem exclusão mútua, enquanto binário Semaphore tem exclusão mútua
• Semaphore significa um mecanismo de sinalização, enquanto Mutex é um mecanismo de bloqueio
• Semaphore permite que mais de um thread acesse a seção crítica
• Uma das maiores limitações de um semáforo é a inversão de prioridade.