Mutex vs Semaphore – Різниця між ними

Ключова різниця між Mutex і Semaphore

• Mutex - це механізм блокування, тоді як Semaphore є сигнальним механізмом
• Mutex - це просто об'єкт, поки Semaphore є цілим числом
• Mutex не має підтипу, тоді як семафор має два типи: семафор підрахунку та двійковий семафор.
• Semaphore підтримує модифікацію операцій очікування та сигналу, тоді як Mutex змінюється лише процесом, який може запитувати або звільняти ресурс.
• Semaphore значення змінюється за допомогою операцій wait () і signal (), з іншого боку, операції Mutex блокуються або розблоковуються.

Тут я проаналізував різницю між Mutex і Semaphore і всебічно оцінить їх плюси і мінуси.

Загальні факти про Mutex і Semaphore

Спираючись на свою практику, ось кілька загальних фактів про Mutex проти Semaphore:

• Тільки одне завдання може отримати м'ютекс. Таким чином, м'ютекс має право власності, і тільки власник може його звільнити.
• Причини використання м’ютексу та семафора різні, можливо, через подібність у їх реалізації м’ютекс буде називатися двійковим семафором.
• Одним із широко відомих помилкових уявлень є те, що Mutexes і Semaphores майже однакові, з тією лише різницею, що Mutex здатний рахувати до 1, тоді як Semaphoreвміє рахувати від 0 до N.
• Між бінарним семафором і м'ютексом завжди існує невизначеність. Ви можете почути, що м'ютекс — це двійковий семафор, що невірно.

Що таке? Semaphore?

Семафор це просто змінна, яка є невід’ємною та використовується між потоками. Семафор - це механізм сигналізації, і потік, який очікує на семафорі, може бути сигналізований іншим потоком. Він використовує дві атомарні операції: 1) очікування та 2) сигнал для синхронізація процесу.

A семафор дозволяє або забороняє доступ до ресурсу, залежно від того, як його налаштовано.

Використання Semaphore

У випадку одного буфера ми можемо розділити буфер розміром 4 КБ на чотири буфери по 1 КБ. Semaphore може бути пов'язано з цими чотирма буферами. Це дозволяє користувачам і виробникам працювати з різними буферами одночасно.

Переваги Semaphore

У моїй практиці ось ключові позитиви використання семафора:

• Це дозволяє більш ніж одному потоку отримати доступ до критичного розділу
• Semaphores незалежні від машини.
• Semaphores реалізовані в машинно-незалежному коді мікроядра.
• Вони не дозволяють декільком процесам входити в критичну секцію.
• Оскільки в семафорі є напружений графік очікування, час і ресурси процесу не витрачаються.
• Вони є машинно-незалежними, які повинні виконуватися в машинно-незалежному коді мікроядра.
• Вони дозволяють гнучко управляти ресурсами.

Недоліки Semaphores

Ось недоліки семафора, з якими я зіткнувся.

• Одним із найбільших обмежень семафора є інверсія пріоритету.
• Операційна система повинна відстежувати всі виклики очікування та сигналу семафора.
• Їхнє використання ніколи не є примусовим, але лише за конвенцією.
• Щоб уникнути взаємоблокувань у семафорі, Wait і Signal операції повинні виконуватися в правильному порядку.
• Semaphore програмування є складним методом, тому є шанси не досягти взаємного виключення.
• Це також не практичний метод для широкомасштабного використання, оскільки їх використання призводить до втрати модульності.
• Semaphore більш схильний до помилок програміста.
• Це може викликати тупик або порушення взаємного виключення через помилку програміста.

Що таке Mutex?

Повною формою Mutex є об’єкт взаємного виключення. Це особливий тип двійкового семафора, який використовується для керування доступом до загального ресурсу. Він включає механізм успадкування пріоритетів, щоб уникнути розширених проблем інверсії пріоритетів. Це дозволяє зберегти поточні завдання з вищим пріоритетом у заблокованому стані протягом найкоротшого можливого часу. Однак успадкування пріоритету не виправляє інверсію пріоритету, а лише мінімізує її вплив.

Використання Mutex

М'ютекс забезпечує взаємне виключення, яким може бути або виробник, або споживач, який може мати ключ (м'ютекс) і продовжувати свою роботу. Поки виробник заповнює буфер, користувач повинен чекати, і навпаки. У блокуванні Mutex весь час лише один потік може працювати з усім буфером.

Переваги Mutex

З того, що я спостерігав, ось основні переваги Mutex:

• М'ютекси - це просто прості блокування, отримані перед входом у його критичний розділ і потім його звільненням.
• Оскільки лише один потік знаходиться в критичному розділі в будь-який момент часу, немає умов змагання, і дані завжди залишаються послідовними.

Недоліки Mutex

У своїй практиці я виявив кілька мінусів Mutex.

• Якщо потік отримує блокування та переходить у сплячий режим або його витісняють, то інший потік може не мати змоги рухатися вперед. Це може призвести до голоду.
• Його не можна заблокувати або розблокувати з контексту, відмінного від того, у якому його отримано.
• Одночасно в критичному розділі має бути дозволено лише один потік.
• Звичайна реалізація може призвести до зайнятого стану очікування, який витрачає час процесора.

Різниця між Semaphore і Mutex

Виходячи з того, чого я навчився, працюючи з ними, ось як Mutexes і Semaphoreвідрізняються:

Висновок

З мого досвіду, ключем до вибору між м’ютексами та семафорами є розпізнавання їхніх операційних нюансів. Semaphores ідеальні для складної синхронізації, тоді як м'ютекси підходять для прямого взаємного виключення, забезпечуючи безпеку ресурсів у простіших контекстах.