Синхронизация процессов и потоков: использование семафоров
Семафоры Дейкстры являются обобщением блокирующих переменных.
Вместо двоичных переменных, он предложил использовать переменные, которые могут принимать целые неотрицательные значения
Для работы с семафорами вводятся 2 примитива, которые обозначают P и V, тогда если переменная S – семафор, то
P(S) – это уменьшение S на 1, если это возможно
V(S) – это увеличение S на 1 единым образом
В частном случае, когда S может принимать только значения 0 и 1, он превращается в блокирующую переменную и называется двоичным семафором
Пример использования семафора Дейкстры поясняется рис.1
Рис. 1. Использование семафоров для синхронизации потоков
В виду того, что критический ресурс состоит из набора однотипных буферов, удобнее использовать семафоры Дейкстры, их 2.
Семафор «e» - количество пустых буферов
Семафор «f» - количество заполненных буферов
Перед входом в критическую секцию, поток писатель выполняет примитив P(e), а после неё V(f). Поток читателей наоборот – P(f), затем V(e).
Таким образом, семафоры позволяют эффективно решать задачи синхронизации для большого числа потоков, в данном случае, сумма потоков читателей и писателей не должна превышать N
Семафор может использоваться в качестве блокирующей переменной. На рис.2 показано одновременное использование и семафоров Дейкстры и двоичных семафоров при работе с буферным пулом
Рис. 2. Использование двоичного семафора
Вариант рис. 2 более практичен, чем рис. 1, т.к. в этом случае программный код потоков писателей содержит не только критическую секцию, но и другие части коды
Синхронизация процессов и потоков: синхронизирующие объекты ос
Синхронизирующие объекты ОС
Рассмотренные выше механизмы синхронизации обладает существенным недостатком, они не подходят для синхронизации потоков разных процессов. Различные ОС используют разные методы для разделения синхронизирующих объектов. Некоторые ОС возвращают указатель на объект, указатель может быть доступен нескольким родственным процессам на следующие характеристики родительского процесса.
В других ОС процессы в запросах на создание объектов синхронизации указывают имена, которые должны им быть присвоены. Кроме этого для синхронизации могут быть использованы, такие обычные объекты ОС, как файлы, процессы и потоки, все эти объекты могут быть в двух состояниях в сигнальном и несигнальном, тогда объект (например, процесс) переходит в сигнальное состояние, когда завершаются все его потоки.
Кроме названных синхронизующих объектов, современные ОС имеют специальные системные объекты синхронизации, т.е. объекты видимые для всех потоков разных процессов. Системные средства синхронизации: системные семафоры – мьютексы – события – таймеры и др.
Системные вызовы, особенностью системных вызовов является то, что они выполняются в режиме ядра и являются неделимыми операциями, т.е. их нельзя прервать.
Мьютекс обычно используются для управления доступом данных, но в отличии от объектов-потоков, объектов-процессов и объектов-файлов, освобождает из очереди только один поток. Следовательно, работа мьютексов обычно описывают в терминах владения, т.е. поток, вошедший в критическую секцию, становится владельцем мьютекса этих данных, следовательно, все остальные потоки в свои критические секции войти не могут.
События обычно используются не для доступа к данным, а для того, чтобы оповести другие потоки о том, что некоторые действия завершены.