Мьютекс против Semaphore - Разница между ними

Ключевая разница между мьютексом и Semaphore

• Мьютекс — это механизм блокировки, тогда как Semaphore это сигнальный механизм
• Мьютекс — это просто объект, а Semaphore целое число
• Мьютекс не имеет подтипа, тогда как семафор имеет два типа: счетный семафор и двоичный семафор.
• Semaphore поддерживает операции ожидания и изменения сигнала, тогда как Mutex изменяется только процессом, который может запросить или освободить ресурс.
• Semaphore значение изменяется с помощью операций wait() и signal(), с другой стороны, операции Mutex блокируются или разблокируются.

Здесь я проанализировал разницу между Mutex и Semaphore и всесторонне оценим их плюсы и минусы.

Общие факты о мьютексе и Semaphore

Исходя из моей практики, вот несколько общих фактов о Mutex vs. Semaphore:

• Только одна задача может получить мьютекс. Таким образом, мьютекс имеет право собственности, и только владелец может его освободить.
• Причины использования мьютекса и семафора различны, возможно, из-за сходства их реализации мьютекс можно было бы назвать двоичным семафором.
• Одно широко известное заблуждение заключается в том, что мьютексы и Semaphores почти одинаковы, с той лишь разницей, что мьютекс способен считать до 1, а Semaphoreумеет считать от 0 до N.
• Всегда существует неопределенность между двоичным семафором и мьютексом. Вы можете услышать, что мьютекс — это двоичный семафор, но это неверно.

Что такое Semaphore?

Семафор это просто переменная, которая неотрицательна и разделяется потоками. Семафор — это механизм сигнализации, и поток, ожидающий семафора, может быть просигнализирован другим потоком. Он использует две атомарные операции: 1) ожидание и 2) сигнал для синхронизация процессов.

A семафор либо разрешает, либо запрещает доступ к ресурсу, что зависит от того, как он настроен.

Использование Semaphore

В случае одного буфера мы можем разделить буфер размером 4 КБ на четыре буфера по 1 КБ. Semaphore может быть связан с этими четырьмя буферами. Это позволяет пользователям и производителям работать с разными буферами одновременно.

Преимущества Semaphore

В моей практике вот ключевые положительные стороны использования семафора:

• Это позволяет более чем одному потоку получить доступ к критической секции.
• Semaphores не зависят от машины.
• Semaphores реализованы в машинно-независимом коде микроядра.
• Они не позволяют нескольким процессам войти в критическую секцию.
• Поскольку в семафоре плотный график ожидания, время и ресурсы процесса никогда не тратятся зря.
• Они машинно-независимы и должны выполняться в машинно-независимом коде микроядра.
• Они позволяют гибко управлять ресурсами.

Недостатки Semaphores

Вот недостатки семафора, с которыми я столкнулся.

• Одним из самых больших ограничений семафора является инверсия приоритета.
• Операционная система должна отслеживать все вызовы ожидания и сигнализировать семафор.
• Их использование никогда не является обязательным, но только по соглашению.
• Чтобы избежать взаимоблокировок в семафоре, Wait и Signal Операции необходимо выполнять в правильном порядке.
• Semaphore программирование — сложный метод, поэтому существует вероятность, что взаимное исключение не будет достигнуто.
• Это также непрактичный метод для крупномасштабного использования, поскольку их использование приводит к потере модульности.
• Semaphore более подвержен ошибкам программиста.
• Это может вызвать тупик или нарушение взаимного исключения из-за ошибки программиста.

Что такое Мьютекс?

Полная форма Mutex — объект взаимного исключения. Это особый тип двоичного семафора, который используется для управления доступом к общему ресурсу. Он включает механизм наследования приоритетов, позволяющий избежать проблем расширенной инверсии приоритетов. Это позволяет сохранять текущие задачи с более высоким приоритетом в заблокированном состоянии в течение как можно более короткого времени. Однако наследование приоритетов не исправляет инверсию приоритетов, а лишь минимизирует ее эффект.

Использование мьютекса

Мьютекс обеспечивает взаимное исключение, которое может быть как производителем, так и потребителем, который может получить ключ (мьютекс) и продолжить свою работу. Пока производитель заполняет буфер, пользователю нужно ждать, и наоборот. При блокировке Mutex постоянно со всем буфером может работать только один поток.

Преимущества мьютекса

Из того, что я заметил, вот ключевые преимущества Mutex:

• Мьютексы — это простые блокировки, получаемые перед входом в критическую секцию и последующим ее освобождением.
• Поскольку в любой момент времени в своей критической секции находится только один поток, условий гонки не возникает, и данные всегда остаются согласованными.

Недостатки мьютекса

В своей практике я выявил несколько минусов Mutex.

• Если поток получает блокировку и переходит в спящий режим или его вытесняют, другой поток может не иметь возможности двигаться вперед. Это может привести к голоданию.
• Его нельзя заблокировать или разблокировать из контекста, отличного от того, в котором он был получен.
• В критическом разделе одновременно должен быть разрешен только один поток.
• Обычная реализация может привести к состоянию занятости ожидания, что приводит к потере процессорного времени.

Разница между Semaphore и Мьютекс

Основываясь на том, что я узнал, работая с ними, вот как работают мьютексы и Semaphoreотличаются:

Заключение

По моему опыту, ключом к выбору между мьютексами и семафорами является понимание нюансов их работы. Semaphores идеально подходят для сложных синхронизаций, тогда как мьютексы подходят для простых взаимных исключений, обеспечивая безопасность ресурсов в более простых контекстах.