17. Дайте понятие семафора.

Семафор – это защищенная переменная, значение которой можно опрашивать и менять только при помощи специальных операций (семафорных примитивов) P и V и операции инициализации.

Двоичные (бинарные) семафоры могут принимать только значения 0 или 1 (true или false), то есть могут находиться в двух состояниях: закрыт и открыт. Считающие семафоры (семафоры со счетчиками) могут принимать целые значения. Считающий семафор открыт, если значение счетчика больше 0.

Операции P и V – это семафорные примитивы (неделимые операции), во время выполнения которых процессом к переменной-семафору нет доступа для других процессов. Если одновременно несколько процессов запрашивают выполнение операций P и/или V над одним и тем же семафором, то эти операции будут выполняться последовательно, в произвольном порядке.

Примитив P – процедура, сбрасывающая или уменьшающая значение семафора на 1, эта процедура заключает в себе потенциальное ожидание вызывающих процессов в том случае, если к моменту выполнения этой процедуры процессом соответствующий семафор закрыт.

Процедура V отрывает семафор или увеличивает значение счетчика на 1. Таким образом, вызов этой процедуры может активизировать некоторый ожидающий открытия семафора процесс.

Процедура инициализации	Первый процесс	Второй процесс
procedure INIT; binary semaphore B ; begin B := 1 ; {Открыт} start(P1) ; start(P2) end INIT .	process P1; binary semaphore B ; begin while true do begin BEFORE1 ; P(B) ; CS1 ; V(B) ; AFTER1 ; end end P1 .	process P2; binary semaphore B ; begin while true do begin BEFORE2 ; P(B) ; CS2 ; V(B) ; AFTER2 ; end end P2 .

17. Опишите семафорные примитивы для бинарных семафоров и семафоров со счетчиками.

Операции P и V – это семафорные примитивы (неделимые операции), во время выполнения которых процессом к переменной-семафору нет доступа для других процессов. Если одновременно несколько процессов запрашивают выполнение операций P и/или V над одним и тем же семафором, то эти операции будут выполняться последовательно, в произвольном порядке.

Примитив P – процедура, сбрасывающая или уменьшающая значение семафора на 1, эта процедура заключает в себе потенциальное ожидание вызывающих процессов в том случае, если к моменту выполнения этой процедуры процессом соответствующий семафор закрыт.

Процедура V отрывает семафор или увеличивает значение счетчика на 1. Таким образом, вызов этой процедуры может активизировать некоторый ожидающий открытия семафора процесс.

В зависимости от ограничений, установленных для значения счетчика считающего семафора, изменяется смысл семафорной переменной и алгоритм выполнения семафорных примитивов.

Если для счетчика допускаются только целые неотрицательные значения, то смысл его значения – счетчик количества некоторого ресурса. Процедура P – процедура запроса единицы этого ресурса, запрос может быть удовлетворен или может заблокировать процесс, выполнивший его, если количество ресурса равно 0. Процедура V – процедура освобождения единицы ресурса.

Если счетчик может принимать и отрицательные целые значения, то отрицательное значение семафора означает длину очереди процессов, попытавшихся пройти через семафор.

Операции выборки значения семафорной переменной S, ее изменения и сохранения не могут быть прерваны. Во время выполнения последовательности этих операций в процедурах P и V, вызванных одним процессом, над каким-либо семафором он недоступен для других процессов. Операция hold(S) означает перевод процесса в состояние ожидания на семафоре S и выход из P. Это ожидание не должно быть “занятым”. Для устранения занятого ожидания с каждым семафором связывается список блокирования (список процессов, ожидающих открытия семафора). Процесс, который не может продолжиться после выполнения P(S), будет заблокирован с сохранением его состояния в соответствующем S списке блокирования. Операция release(S) – выполняет проверку списка блокирования, связанного с семафором S, если этот список не пуст, то активизируется некоторый процесс из этого списка, пропускается через семафор, а значение семафора изменяется при этом соответствующим образом (бинарный семафор снова закрывается, а для семафора со счетчиком возвращенная процессом, выполнившем операцию V(S), единица ресурса передается очередному процессу из списка).

S	Бинарный семафор	Считающий семафор с неотрицательными значениями счетчика	Общий считающий семафор
P(S)	if S = 0 then Hold(S) else S := 0	if S = 0 then Hold(S) else S := S – 1	S := S – 1; if S < 0 then Hold(S)
V(S)	if not Empty(S) then Release (S) else S := 1 ;	if not Empty(S) then Release (S) else S := S + 1 ;	S := S + 1 ; if S<= 0 then Release (S)