Критические секции n потоков
Общие данные:
semaphore mutex; //изначально = 1
Поток Ti:
do {
wait(mutex); критическая секция
signal(mutex); остальные секции
} while (1);
2
Реализация семафоров
Семафоры могут останавливать/продолжать потоки
Избегать ожидания завершения работы
Определите семофор как запись typedef struct {
int value; struct thread *L;
} semaphore;
Реализуйте две простые операции:
suspend() останавливает поток, который вызывает метод. 
resume(T) восстанавливает исполнение потока T.
2
Реализация
Операции семафора теперь определены как
wait(S):
S.value--;
if (S.value < 0) {
добавить этот поток к S.L; suspend();
}
signal(S):
S.value++;
if (S.value <= 0) {
убрать поток T из S.L; resume(T);
}
2
Семафоры как основной метод синхронизации
Выполняйте B в Tj только после завершения работы A в Ti
Используйте семафор flag инициализированный 0
Код:
Ti Tj
… …
A wait(flag) signal(flag) B
2
Два типа семафоров
Вычислительные семафоры
Целое значение может быть числом в неограниченном диапазоне
Двоичные семафоры
Целое значение может быть только 0 или 1;
Может быть проще в реализации.
Вычислительный семафор S может быть реализован как двоичный семафор.
2
Замыкание и нехватка ресурсов
Замыкание – два или более потоков ожидают события, которое может быть послано только ожидающим потоком.
Пусть S и Q будут двумя семафорами, инициализированными 1
T0 T1 wait(S); wait(Q); wait(Q); wait(S);
……
signal(S); signal(Q); signal(Q) signal(S);
Нехватка ресурсов – бесконечное блокирование. Поток может никогда не быть убран с очереди семафора, в котором он остановлен.
Решение – весь код должен проставлять/убирать семафоры в одинаковом порядке
2
Синхронизация в Windows
Использует маски прерываний для защиты от доступа к глобальным ресурсам однопроцессорных систем.
Использует spinlocks на мультипроцессорных системах.
Обеспечивает диспетчерские объекты, которые могут выступать как взаимоисключающие и семафор.
Диспетчерские объекты могут также обеспечивать события – часто выступают как переменные состояния.
2
Синхронизация в Линукс
Ядро запрещает прерывания для синхронизирующего доступа к глобальный информации на однопроцессорных системах.
Использует spinlocks для многопроцессорной синхронизации.
Использует семафоры и замки чтения-записи когда длинные участки кода требуют доступа к данным.
Реализуют POSIX-синхронизацию примитивов для поддержки многозадачности, многопоточности (включая потоки реального времени) и мультипроцессорности
2
Для дальнейшего чтения
Ben-Ari, M., Principles of Concurrent Programming, Prentice Hall, 1982
Lamport, L., The Mutual Exclusion Problem, Journal of the ACM, April 1986
Abraham Silberschatz, Peter B. Galvin, Operating System Concepts, John Wiley & Sons, 6th Ed., 2003;
Chapter 7 - Process Synchronization 
Chapter 8 – Deadlocks
2