85. Пример двоичного семафора.

Заметим, что требование атомарности операций down и up накладывает ограничения на реализацию семафоров Дейкстры, и зачастую это сложная задача. Существуют программные реализации, но в них атомарность не всегда присутствует.

Мониторы Хоара — модель синхронизации, в которой, в частности, предпринята попытка обойти требование аппаратной поддержки атомарности упомянутых выше операций. Монитор является высокоуровневой конструкцией (можно говорить, что это конструкция уровня языка программирования), реализация которой поддерживается системой программирования (компилятором). Монитор — это специализированный модуль, включающий в себя некие процедуры и функции, а также данные, с которыми работают эти процедуры и функции. При этом данный модуль обладает следующими свойствами:

• данные монитора доступны только через процедуры и функции этого монитора;

• считается, что процесс занимает (или входит) монитор тогда, когда он начинает использовать одну из процедур или функций монитора;

• в любой момент времени внутри монитора может находиться не более одного процесса, остальные процессы в зависимости от используемой стратегии поведения либо получает отказ, либо блокируется, становясь в очередь.

Иллюстрацией монитора может служить кабина таксофонного аппарата.

Повторим, что монитор — это языковая конструкция с централизованным управлением (в отличие от семафоров, которые не обладают централизацией). Семафоры и мониторы являются средствами организации работы в основном в однопроцессорных системах либо многопроцессорных системах с общей памятью. В многопроцессорных системах с распределенной памятью эти средства не очень подходят. Для них в настоящий момент часто используется механизм передачи сообщений.

Механизм передачи сообщений основан на двух функциональных примитивах: send (отправить сообщение) и receive (принять сообщение). Данные операции можно разделить по трем критериям: синхронизация, адресация и длина сообщения.

Синхронизация. Операции посылки/приема сообщений могут быть блокирующими и неблокирующими. Рассмотрим различные комбинации.

Блокирующий send: процесс-отправитель будет блокирован до тех пор, пока посланное им сообщение не будет получено.

Блокирующий receive: процесс-получатель будет блокирован до тех пор, пока не будет получено соответствующее сообщение.

Соответственно, неблокирующие операции, как следует из названия, происходят без блокировок.

Итак, комбинируя различные операции send и receive, мы получаем 4 различных модели синхронизации. Отметим одно важное свойство аппарата сообщений, заключающееся в том, что в нем явно совмещены средства передачи информации и синхронизации, таким образом, механизм передачи сообщений можно использовать для достижения двух целей.

Адресация может быть прямой, когда указывается конкретный адрес получателя и/или отправителя (например, когда получатель ожидает сообщения от конкретного отправителя, игнорируя сообщения других отправителей), или косвенной. В случае косвенной адресации не указывается адрес получателя при отправке или отправителя при получении; сообщение «бросается» в некоторый общий пул, в котором могут быть реализованы различные стратегии доступа (FIFO, LIFO и т.д.). Этим пулом может выступать очередь сообщений (FIFO) или почтовый ящик, в котором может быть реализована любая модель доступа.

Итак, повторимся, что данный механизм совмещает два средства: средство передачи данных и синхронизации. Этот аппарат является базовым средством организации взаимодействия процессов в многопроцессорных системах с распределенной памятью.

Иллюстрацией данной модели может выступать модель MPI — интерфейсы передачи сообщений, на основе которых строятся почти все кластерные системы, т.е. системы с распределенной ОП, но точно также MPI может работать в системах с общей памятью.