Cos'è il semaforo? Binario, tipi di conteggio con esempio

Cos'è il semaforo?

Il semaforo è semplicemente una variabile non negativa e condivisa tra i thread. Un semaforo è un meccanismo di segnalazione e un thread in attesa di un semaforo può essere segnalato da un altro thread. Utilizza due operazioni atomiche, 1) wait e 2) segnale per la sincronizzazione del processo.

Un semaforo consente o non consente l'accesso alla risorsa, che dipende da come è impostato.

In questo tutorial sul sistema operativo (OS) imparerai:

• Caratteristica del semaforo
• Cos'è il semaforo?
• Tipi di semafori
• Esempio di semaforo
• Attesa e operazioni di segnalazione nei semafori
• Conteggio semaforo vs semaforo binario
• Differenza tra semaforo e mutex
• Vantaggi dei semafori
• Svantaggio dei semafori

Caratteristica del semaforo

Qui, sono caratteristici di un semaforo:

• È un meccanismo che può essere utilizzato per fornire la sincronizzazione delle attività.
• È un meccanismo di sincronizzazione di basso livello.
• Il semaforo conterrà sempre un valore intero non negativo.
• Il semaforo può essere implementato utilizzando operazioni di test e interruzioni, che dovrebbero essere eseguiti utilizzando descrittori di file.

Tipi di semafori

I due tipi comuni di semafori sono

• Conteggio dei semafori
• Semafori binari.

Conteggio dei semafori

Questo tipo di semaforo utilizza un conteggio che consente l'acquisizione o il rilascio dell'attività numerose volte. Se il conteggio iniziale = 0, il semaforo di conteggio dovrebbe essere creato nello stato non disponibile.

Tuttavia, se il conteggio è> 0, il semaforo viene creato nello stato disponibile e il numero di token che ha è uguale al suo conteggio.

Semafori binari

I semafori binari sono abbastanza simili al conteggio dei semafori, ma il loro valore è limitato a 0 e 1. In questo tipo di semaforo, l'operazione di attesa funziona solo se semaforo = 1 e l'operazione di segnalazione ha successo quando semaforo = 0. È facile implementare il conteggio dei semafori.

Esempio di semaforo

Il programma indicato di seguito è un'implementazione graduale, che implica l'uso e la dichiarazione del semaforo.

Shared var mutex: semaphore = 1;Process ibegin… P(mutex);execute CS;V(mutex);… End;

Attesa e operazioni di segnalazione nei semafori

Entrambe queste operazioni vengono utilizzate per implementare la sincronizzazione del processo. L'obiettivo di questa operazione di semaforo è ottenere l'esclusione reciproca.

Attendi l'operazione

Questo tipo di operazione sul semaforo ti aiuta a controllare l'ingresso di un'attività nella sezione critica. Tuttavia, se il valore di wait è positivo, il valore dell'argomento wait X viene decrementato. In caso di valore negativo o zero non viene eseguita nessuna operazione. È anche chiamata operazione P (S).

Dopo che il valore del semaforo è diminuito, che diventa negativo, il comando viene mantenuto fino a quando le condizioni richieste non sono soddisfatte.

Copy CodeP(S){while (S<=0);S--;}

Segnale di funzionamento

Questo tipo di operazione semaforo viene utilizzato per controllare l'uscita di un'attività da una sezione critica. Aiuta ad aumentare il valore dell'argomento di 1, che è indicato come V (S).

Copy CodeP(S){while (S>=0);S++;}

Conteggio semaforo vs semaforo binario

Ecco alcune delle principali differenze tra il conteggio e il semaforo binario:

Conteggio del semaforo	Semaforo binario
Nessuna mutua esclusione	Esclusione reciproca
Qualsiasi valore intero	Valore solo 0 e 1
Più di uno slot	Solo uno slot
Fornisci una serie di processi	Ha un meccanismo di mutua esclusione.

Differenza tra semaforo e mutex

Parametri	Semaforo	Mutex
Meccanismo	È un tipo di meccanismo di segnalazione.	È un meccanismo di bloccaggio.
Tipo di dati	Il semaforo è una variabile intera.	Mutex è solo un oggetto.
Modifica	Le operazioni wait e signal possono modificare un semaforo.	Viene modificato solo dal processo che può richiedere o rilasciare una risorsa.
Gestione delle risorse	Se nessuna risorsa è libera, il processo richiede una risorsa che dovrebbe eseguire l'operazione di attesa. Dovrebbe attendere fino a quando il conteggio del semaforo è maggiore di 0.	Se è bloccato, il processo deve attendere. Il processo dovrebbe essere tenuto in coda. È necessario accedervi solo quando il mutex è sbloccato.
Filo	Puoi avere più thread di programma.	È possibile avere più thread di programma in mutex ma non contemporaneamente.
Proprietà	Il valore può essere modificato da qualsiasi processo che rilasci o ottenga la risorsa.	Il blocco dell'oggetto viene rilasciato solo dal processo che ha ottenuto il blocco su di esso.
Tipi	I tipi di semaforo contano semaforo e semaforo binario e	Mutex non ha sottotipi.
Operazione	Il valore del semaforo viene modificato utilizzando le operazioni wait () e signal ().	L'oggetto Mutex è bloccato o sbloccato.
Occupazione delle risorse	È occupato se tutte le risorse vengono utilizzate e il processo che richiede la risorsa esegue l'operazione wait () e si blocca fino a quando il conteggio dei semafori diventa> 1.	Nel caso in cui l'oggetto sia già bloccato, il processo che richiede risorse attende e viene messo in coda dal sistema prima che il blocco venga rilasciato.

Vantaggi dei semafori

Ecco i vantaggi / vantaggi dell'utilizzo di Semaphore:

• Consente a più thread di accedere alla sezione critica
• I semafori sono indipendenti dalla macchina.
• I semafori sono implementati nel codice indipendente dalla macchina del microkernel.
• Non consentono a più processi di entrare nella sezione critica.
• Poiché l'attesa è impegnata nel semaforo, non c'è mai uno spreco di tempo e risorse di processo.
• Sono indipendenti dalla macchina, che dovrebbero essere eseguiti nel codice indipendente dalla macchina del microkernel.
• Consentono una gestione flessibile delle risorse.

Svantaggio dei semafori

Qui ci sono i contro / svantaggi del semaforo

• Uno dei maggiori limiti di un semaforo è l'inversione di priorità.
• Il sistema operativo deve tenere traccia di tutte le chiamate per attendere e segnalare il semaforo.
• Il loro uso non è mai imposto, ma è solo per convenzione.
• Per evitare deadlock nel semaforo, le operazioni Wait e Signal devono essere eseguite nell'ordine corretto.
• La programmazione del semaforo è complicata, quindi ci sono possibilità di non raggiungere l'esclusione reciproca.
• Inoltre, non è un metodo pratico per un utilizzo su larga scala poiché il loro utilizzo porta alla perdita di modularità.
• Il semaforo è più soggetto a errori del programmatore.
• Può causare deadlock o violazione dell'esclusione reciproca a causa di un errore del programmatore.

Sommario:

• Il semaforo è definito come una variabile non negativa e condivisa tra i thread.
• È un meccanismo che può essere utilizzato per fornire la sincronizzazione delle attività.
• Il semaforo del conteggio utilizza un conteggio che consente l'acquisizione o il rilascio dell'attività numerose volte.
• I semafori binari sono abbastanza simili ai semafori di conteggio, ma il loro valore è limitato a 0 e 1.
• L'operazione di attesa ti aiuta a controllare l'ingresso di un'attività nella sezione critica
• L'operazione del semaforo del segnale viene utilizzata per controllare l'uscita di un'attività da una sezione critica
• Il conteggio del semaforo non ha esclusione reciproca mentre il semaforo binario ha l'esclusione reciproca
• Semaforo significa un meccanismo di segnalazione mentre Mutex è un meccanismo di blocco
• Il semaforo consente a più thread di accedere alla sezione critica
• Uno dei maggiori limiti di un semaforo è l'inversione di priorità.