Monitorer og semaforer:Synkroniseringsmekanismer

Monitorer og semaforer er grundlæggende koncepter i operativsystemer og samtidig programmering, der bruges til at synkronisere udførelsen af ​​flere tråde eller processer, der får adgang til delte ressourcer. De hjælper med at forhindre datakorruption og sikrer korrekt ressourcestyring i multi-threaded miljøer.

1. Semaforer:

- koncept: En semafor er en enkel, heltal-værdsat variabel, der kun er adgang til gennem to atomoperationer:`Vent ()` og `signal ()`.

- vent (): Redegøres semaforværdien. Hvis værdien bliver negativ, blokeres den tråd, der kalder `vent ()`, indtil værdien bliver ikke-negativ.

- signal (): Øger semaphore -værdien. Hvis der er nogen tråde, der er blokeret på `vent ()`, er en af ​​dem ikke -blokeret.

- Formål: Semaforer bruges til at implementere gensidig ekskludering (kun en tråd kan få adgang til en delt ressource ad gangen) eller til at kontrollere adgangen til et begrænset antal ressourcer (f.eks. Et fast antal printere).

- Eksempel: Forestil dig en delt printer med maksimalt 10 printjob i køen. En semafor med en startværdi på 10 kan bruges til at kontrollere adgangen til printeren. Hver gang en tråd ønsker at udskrive, kalder den `vent ()`. Hvis værdien bliver 0, blokeres tråden, indtil en anden tråd afslutter udskrivning og kalder `signal ()`.

2. Monitorer:

- koncept: En skærm er en synkroniseringskonstruktion på højere niveau, der indkapsler data og procedurerne, der fungerer på det. Det giver gensidig udelukkelse automatisk, hvilket betyder, at kun en tråd kan få adgang til dataene ad gangen.

- Funktioner:

- Dataindkapsling: Monitorer skjuler dataene fra omverdenen, hvilket kun giver monitorens procedurer mulighed for at få adgang til dem.

- gensidig ekskludering: Kun en tråd kan være aktiv inde i en skærm på et givet tidspunkt.

- Tilstandsvariabler: Monitorer inkluderer tilstandsvariabler, som gør det muligt for tråde at vente på, at specifikke forhold bliver sande. Tråde kan bruge `Wait ()` til at blokere på en tilstandsvariabel og `signal ()` til at fjerne blokering af en anden tråd, der venter på den samme tilstand.

- Eksempel: Forestil dig en database med et begrænset antal tilgængelige forbindelser. En skærm kan bruges til at styre disse forbindelser. Det inkluderer en datastruktur, der indeholder de tilgængelige forbindelser og procedurer til opnåelse og frigivelse af en forbindelse. Tråde kan ringe til procedurer inden for skærmen for at få en forbindelse, og hvis der ikke er nogen tilgængelige, venter de på en betingelsesvariabel, indtil der frigives en forbindelse.

Nøgleforskelle:

- Abstraktionsniveau: Semaforer er primitiver på lavt niveau, mens skærme giver et højere abstraktionsniveau.

- gensidig ekskludering: Semaforer kræver eksplicit kodning for gensidig udelukkelse, mens skærme håndterer det implicit.

- Tilstandsvariabler: Monitorer har indbyggede tilstandsvariabler, mens semaforer typisk kræver separate implementeringer.

Sammendrag:

Både skærme og semaforer spiller en afgørende rolle i styringen af ​​samtidighed. Semaforer er enklere og mere alsidige, men kræver mere manuel styring. Monitorer tilbyder højere abstraktion og giver mere kontrol over adgang til delte data. Valg af den passende synkroniseringsmekanisme afhænger af de specifikke behov i din applikation.