ミューテックスとセマフォ: 違いと比較

共有情報の整合性の管理は、プロセスの同期に大きく依存しています。 クリティカル セクションの問題に対処するには、ソフトウェアとハ​​ードウェアの両方のソリューションを利用できます。

一方、クリティカル セクションの問題に対するハードウェア ソリューションは、実行が非常に困難です。 クリティカル セクションの問題を処理するための XNUMX つのアプリケーション ソリューションである Mutex と Semaphore を比較検討してみましょう。

主要な取り組み

1. Mutex は相互排除を保証し、一度に XNUMX つのスレッドのみが共有リソースにアクセスできるようにします。
2. セマフォは、固定数の許可を管理することでリソースへのアクセスを制御し、複数のスレッドが同時にリソースにアクセスできるようにします。
3. ミューテックスは使い方が簡単ですが、セマフォは共有リソースへのアクセスをより柔軟に制御できます。

ミューテックスとセマフォ

ミューテックス (相互排除の略) は、一度に XNUMX つのスレッドまたはプロセスだけが共有リソースにアクセスできるようにするために使用されるロックの一種です。 セマフォは、アクセスを制御するカウンターを介して共有リソースへのアクセスを管理するメカニズムであり、さまざまな値がリソースのさまざまな状態を表します。

Mutex は Mutual Exclusion Object の略です。 これは、共有リソースへのアクセスを制限するために使用されるバイナリ セマフォの一種です。 優先度の逆転の懸念が長期化するのを防ぐために、優先度の継承メカニズムを備えています。

これにより、優先度の高い既存のジョブをできるだけ短い時間ブロックすることができます。 一方、優先順位の継承は、優先順位の逆転を修正しません。 むしろ、その影響を軽減します。

セマフォは、スレッド間で維持される非負の変数です。 セマフォはシグナル伝達メカニズムであり、別のスレッドはセマフォを待機しているスレッドにシグナルを送ることができます。

プロセスの同期には、() 待機と () シグナルの XNUMX つのアトミック プロシージャを使用します。 設定方法によっては、セマフォ どちら リソースへのアクセスを有効または禁止します。

比較表

比較のパラメータ	ミューテックス	セマフォ
メカニズム	ロックシステムです。	ある種の信号システムです。
目的	スレッドはミューテックスで表されます。	プロセスはセマフォで表されます。
自然	ミューテックスはアトミックであり、単数です。	セマフォは本質的にアトミックですが、特異ではありません。
データ・タイプ	Mutex は単なるソフトウェアにすぎません。	セマフォは、整数値を持つ変数です。
種類	Mutex にはサブタイプがありません。	カウント セマフォとバイナリ セマフォは、XNUMX 種類のセマフォです。
修正	リソースを変更できるのは、リソースを要求または解放できるプロセスだけです。	セマフォは、wait 関数と signal 関数を使用して変更できます。

ミューテックスとは？

相互排除は、状況を説明するために使用される用語です。 Mutex はオブジェクトの短縮名です。 相互排他という言葉から、現時点では XNUMX つのプログラムだけが特定のリソースにアクセスできることが推測できます。

ミューテックス オブジェクトを使用すると、多くのアプリケーション スレッドが同時に同じリソースにアクセスできますが、一度に XNUMX つのみアクセスできます。

プログラムがシステムにリソースを要求するたびに、システムは一意の ID または ID を持つミューテックス オブジェクトを作成します。 その結果、プログラムがそのリソースを利用したいときはいつでも、オブジェクトをロックします。

次に、プログラムはリソースを使用してから、最終的にミューテックス オブジェクトを解放します。 その後、mutex オブジェクトを作成し、他のプログラムで同じ方法で使用できます。

オブジェクトをロックすると、その特定のリソースがその特定のプロセスに割り当てられ、他のプロセスはそれを使用できなくなります。 その結果、他のプログラムは重要な領域のシステム リソースを使用できなくなります。 ミューテックス オブジェクトを使用して、この方法でプロセスの同期を実現できます。

ミューテックスにより相互排他が可能になります。 プロデューサー または、コンシューマがキー (ミューテックス) を取得して作業を続行できます。 コンシューマーは、プロデューサーのバッファーがいっぱいになるまで待機する必要があり、その逆も同様です。

セマフォとは？

Semaphore は、プロセスの同期に使用される整数変数 S であり、システム内のリソースの数で初期化されます。 に 修正する S の値には、wait() と signal() という XNUMX つの主要な関数が使用されます。

これらの関数はどちらもセマフォの値を変更するために使用されますが、一度に XNUMX つのプログラムしか変更できないため、XNUMX つの方法で同時にセマフォの値を変更することはできません。 セマフォには、カウンティング セマフォとバイナリ セマフォの XNUMX 種類があります。

セマフォ変数は、セマフォのカウント中に使用可能なリソースの数で最初に初期化されます。 次に、プロセスがリソースを必要とするたびに wait() メソッドが実行され、セマフォ変数の値が XNUMX 減らされます。

次にプロセスはリソースを使用し、その後 signal() メソッドを呼び出します。これにより、セマフォ変数の値が 0 ずつ増加します。 セマフォ変数の値が XNUMX に達するたび、つまり、プログラムがすべてのリソースを使い果たし、使用できるリソースが残っていないとき、

次に、別のプロセスがリソースを使用する必要がある場合は、その時間を待つ必要があります。 この方法でプロセスの同期を確立します。

バイナリ セマフォでは、セマフォ変数の値は 0 または 1 です。プロセスがリソースを利用したい場合、wait() メソッドが呼び出され、セマフォの値が 0 から 1 に調整されます。

次に、プロセスはリソースを使用し、完了後に signal() メソッドが呼び出され、セマフォ変数の値が 1 に設定されます。

ある時点でセマフォ変数の値が 0 で、別のプログラムが同じリソースにアクセスする必要がある場合、前のプログラムがリソースを解放するまで待機する必要があります。 プロセスの同期は、この方法で実行できます。 これはミューテックスに匹敵しますが、何もロックしません。

ミューテックスとセマフォの主な違い

1. Mutex はロック メカニズムを使用します。つまり、プロセスがリソースを使用する必要がある場合、まずリソースをロックし、使用し、その後解放する必要があります。 一方、セマフォは、wait() 関数と signal() 関数を使用して、プロセスがリソースを与えているか消費しているかを示すシグナリング手法を採用しています。
2. ミューテックスはオブジェクトですが、セマフォは整数値を持つ変数です。
3. ミューテックス オブジェクトでは、同じ共有可能なリソースに同時に接続するためにさまざまなプロセス スレッドが必要です。 一方、セマフォでは、リソースがアクセス可能になるまで、複数のプロセス スレッドがリソースの有限インスタンスにアクセスすることが許可されます。
4. ミューテックスでは、まったく同じプロセスで同時にロックを取得および解除できます。 ただし、セマフォ変数の評価は、リソースを必要とするどのプロセスでも変更できますが、一度に値を変更できるのは XNUMX つのプロセスだけです。
5. Mutex を使用すると、さまざまなプログラム スレッドが同じ共有リソースにアクセスできますが、一度に XNUMX つだけです。一方、セマフォでは、限られた数のリソースに同時に接続するためにさまざまなプログラム スレッドが必要です。

参考文献

1. https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/362759.362813
2. https://lib.hpu.edu.vn/handle/123456789/21469

最終更新日 : 08 年 2023 月 XNUMX 日