Управление целостностью совместно используемой информации в значительной степени зависит от синхронизации процессов. Для решения проблем критических секций доступны как программные, так и аппаратные решения.
С другой стороны, аппаратные решения проблемы критической секции чрезвычайно сложны в реализации. Давайте рассмотрим и сравним Mutex и Semaphore, два прикладных решения для решения проблем критических секций.
Основные выводы
- Мьютекс обеспечивает взаимное исключение, позволяя одновременно только одному потоку обращаться к общему ресурсу.
- Семафор контролирует доступ к ресурсу, управляя фиксированным количеством разрешений, позволяя нескольким потокам одновременно обращаться к ресурсу.
- Мьютексы проще в использовании, а семафоры обеспечивают большую гибкость в управлении доступом к общим ресурсам.
Мьютекс против семафора
Мьютекс (сокращение от взаимного исключения) — это тип блокировки, который используется для обеспечения того, чтобы только один поток или процесс мог получить доступ к общему ресурсу в каждый момент времени. Семафор — это механизм, который управляет доступом к общим ресурсам через счетчик, контролирующий доступ, с разными значениями, представляющими разные состояния ресурса.
Мьютекс означает объект взаимного исключения. Это тип двоичного семафора, который используется для ограничения доступа к общему ресурсу. Чтобы предотвратить длительную инверсию приоритетов, он имеет механизм наследования приоритетов.
Это позволяет блокировать существующие задания с более высоким приоритетом на минимально возможное время. С другой стороны, наследование приоритета не исправляет инверсию приоритета; скорее, это уменьшает его влияние.
Семафор — это неотрицательная переменная, которая поддерживается между потоками. Семафор — это сигнальный механизм, и другой поток может сигнализировать потоку, ожидающему семафор.
Для синхронизации процессов используются две атомарные процедуры: () ожидание и () сигнал. В зависимости от того, как он настроен, семафор или разрешает или запрещает доступ к ресурсу.
Сравнительная таблица
| Параметры сравнения | Mutex | семафор |
|---|---|---|
| Механизм | Это запирающая система. | Это какая-то сигнальная система. |
| Цель | Поток представлен мьютексом. | Процессы представлены семафором. |
| природа | Мьютекс является атомарным и сингулярным. | Семафор является атомарным по своей природе, но не единичным. |
| Тип данных | Mutex — это не более чем часть программного обеспечения. | Семафор — это переменная с целочисленным значением. |
| Тип | Mutex не имеет подтипов. | Счетные и двоичные семафоры — это два типа семафоров. |
| Модификация | Только процесс, который может запросить или освободить ресурс, может изменить его. | Семафор можно изменить с помощью функций ожидания и сигнала. |
Что такое Мьютекс?
Взаимное исключение — это термин, используемый для описания ситуации. Мьютекс — это краткое название объекта. Из слова взаимное исключение мы можем сделать вывод, что только одна программа в данный момент имеет доступ к определенному ресурсу.
Объект мьютекса позволяет многим потокам приложения обращаться к одному и тому же ресурсу одновременно, только по одному за раз.
Всякий раз, когда программа запрашивает у системы ресурс, система создает объект мьютекса с уникальным идентификатором или идентификатором. В результате каждый раз, когда программа хочет использовать этот ресурс, она блокирует объект.
Затем программа использует ресурс, прежде чем окончательно освободить объект мьютекса. Затем объект мьютекса может быть создан и использован другими программами таким же образом.
Блокируя объект, этот конкретный ресурс назначается этому конкретному процессу, и никакой другой процесс не может его использовать. В результате никаким другим программам не разрешается использовать системные ресурсы в критической области. Таким образом, объект мьютекса можно использовать для выполнения синхронизации процесса.
Мьютекс допускает взаимное исключение, как производитель или потребитель может получить ключ (мьютекс) и продолжить работу. Потребитель должен ждать, пока не заполнится буфер производителя, и наоборот.
Что такое семафор?
Семафор — это целочисленная переменная S, которая используется для синхронизации процессов и инициализируется количеством ресурсов в системе. К изменять значение S, он использует две основные функции: ожидание () и сигнал ().
Обе эти функции используются для изменения значения семафора, но они позволяют делать это только одной программе за раз, поэтому никакие два метода не могут изменить значение семафора одновременно. Счетные семафоры и двоичные семафоры — это два типа семафоров.
Переменная семафора сначала инициализируется количеством доступных ресурсов при подсчете семафоров. Затем метод wait() выполняется каждый раз, когда процессу требуется ресурс, а значение переменной semaphore уменьшается на единицу.
Затем процесс использует ресурс, после чего вызывает метод signal(), который увеличивает значение переменной семафора на единицу. Всякий раз, когда значение переменной semaphore достигает 0, то есть когда программа израсходовала все ресурсы, и больше не осталось ни одного для использования,
Затем, если другому процессу потребуется использовать ресурсы, ему придется ждать своего времени. Таким образом мы устанавливаем синхронизацию процессов.
В двоичных семафорах значение переменной семафора равно 0 или 1. Когда процесс хочет использовать ресурс, вызывается метод wait(), и значение семафора изменяется на 0 с 1.
Затем процесс использует ресурс, и после этого вызывается метод signal(), и значение переменной semaphore устанавливается равным 1.
Если значение переменной семафора равно 0 в данный момент времени, и другая программа хочет получить доступ к тому же ресурсу, она должна ждать, пока предыдущая программа освободит ресурсы. Синхронизация процесса может быть выполнена таким образом. Это сравнимо с мьютексом, но ничего не блокирует.
Основные различия между мьютексом и семафором
- Mutex использует механизм блокировки, что означает, что если процессу необходимо использовать ресурс, он должен сначала заблокировать его, использовать, а затем освободить. Semaphore, с другой стороны, использует метод сигнализации, в котором функции wait() и signal() используются для указания того, отдает ли процесс ресурс или потребляет его.
- Мьютекс — это объект, тогда как семафор — это переменная с целочисленным значением.
- Объект мьютекса требует, чтобы различные потоки процесса одновременно подключались к одному и тому же совместно используемому ресурсу. Семафор, с другой стороны, позволяет нескольким потокам процесса обращаться к конечному экземпляру ресурса до тех пор, пока он не станет доступным.
- В мьютексе блокировка может быть получена и снята одним и тем же процессом в одно и то же время. Однако значение переменной семафора может быть изменено любым процессом, которому требуется ресурс, но только один процесс может изменить значение за раз.
- Мьютекс позволяет различным программным потокам получать доступ к одному и тому же общему ресурсу, но только по одному за раз, тогда как, с другой стороны, семафор требует, чтобы различные программные потоки одновременно подключали ограниченное количество ресурсов.
Последнее обновление: 08 августа 2023 г.
Я приложил столько усилий, чтобы написать этот пост в блоге, чтобы предоставить вам ценность. Это будет очень полезно для меня, если вы подумаете о том, чтобы поделиться им в социальных сетях или со своими друзьями/родными. ДЕЛИТЬСЯ ♥️
Сандип Бхандари имеет степень бакалавра вычислительной техники Университета Тапар (2006 г.). Имеет 20-летний опыт работы в сфере технологий. Он проявляет большой интерес к различным техническим областям, включая системы баз данных, компьютерные сети и программирование. Подробнее о нем можно прочитать на его био страница.
Сравнительная таблица особенно полезна для иллюстрации различий между мьютексом и семафором. Это отличный справочник для понимания их механизмов и целей.
Сравнительная таблица также показалась мне очень полезной. Это облегчает понимание различий между мьютексом и семафором и их конкретным применением в различных сценариях.
Подробное описание Mutex и Semaphore в статье помогает понять их эксплуатационные различия, что позволяет разработчикам лучше подготовиться к синхронизации процессов.
Определенно, понимание тонкостей мьютекса и семафора необходимо для поддержания целостности и надежности доступа к общим ресурсам.
Безусловно, четкое понимание характеристик мьютекса и семафора имеет первостепенное значение для обеспечения бесперебойного управления ресурсами в параллельных системах.
Я ценю четкое и подробное объяснение Mutex и Semaphore. Важно понимать различия между ними и то, как они работают при решении проблем критических секций.
Безусловно, понимание механизмов Mutex и Semaphore обеспечивает прочную основу для синхронизации процессов и управления ресурсами.
Я согласен, очень важно иметь глубокое понимание этих концепций, чтобы эффективно управлять одновременным доступом к ресурсам и контролем над ними в программных системах.
Углубленное объяснение функций Mutex и Semaphore проясняет их роль в синхронизации процессов и управлении ресурсами. Это помогает принимать обоснованные решения в отношении программных и аппаратных решений.
Понимание цели и природы мьютекса и семафора действительно имеет решающее значение для эффективного управления общими ресурсами в параллельных системах.
Согласен, различие между мьютексом и семафором имеет фундаментальное значение для обеспечения правильной синхронизации и контроля доступа при разработке программного обеспечения.
Подробное объяснение Mutex и Semaphore дает ценную информацию об их функциях и приложениях, помогая эффективно синхронизировать и контролировать процессы.
Согласен, глубокое понимание Mutex и Semaphore имеет решающее значение для обеспечения надежного и эффективного управления общими ресурсами в параллельной среде.
В статье доходчиво объясняются сложности мьютекса и семафора, подчеркиваются их роли и функциональные возможности. Это ценно как для разработчиков, так и для инженеров.
Понимание мьютекса и семафора действительно имеет решающее значение для эффективной и надежной синхронизации процессов в программных и аппаратных системах.
Безусловно, понимание механики мьютекса и семафора жизненно важно для обеспечения надежного и безопасного управления ресурсами в сложных системах.
Подробное объяснение Mutex и Semaphore, а также практические примеры улучшают понимание их значения в управлении критическими секциями и одновременном доступе к ресурсам.
Безусловно, глубокое понимание мьютекса и семафора необходимо для эффективной синхронизации процессов и предотвращения проблем критических секций при разработке программного обеспечения.
Подробный анализ Mutex и Semaphore, приведенный в статье, дает ценную ясность в отношении их ролей и механизмов, способствуя улучшению управления ресурсами и стратегиям синхронизации.
Действительно, детальное понимание Mutex и Semaphore очень помогает в разработке эффективных стратегий одновременного доступа к ресурсам и синхронизации.
Безусловно, полное понимание Mutex и Semaphore имеет решающее значение для обеспечения оптимальной синхронизации процессов и управления ресурсами.
Тщательное исследование Mutex и Semaphore, проведенное в статье, обеспечивает глубокое понимание их функций, механизмов и практического значения, способствуя принятию обоснованных решений при разработке программного обеспечения.
Определенно, глубокое понимание Mutex и Semaphore играет важную роль в разработке надежных и эффективных методов синхронизации процессов для программных и аппаратных систем.
Статья дает всестороннее представление о мьютексе и семафоре, проливая свет на их механизмы, назначение и практическое значение в разработке программного обеспечения.
Действительно, понимание мьютекса и семафора имеет решающее значение для реализации эффективной и надежной синхронизации процессов в программных приложениях.
Я согласен, глубокое понимание Mutex и Semaphore необходимо для эффективного управления общими ресурсами в параллельных системах.