Monitorer og semaforer:Synkroniseringsmekanismer

Monitorer og semaforer er grunnleggende konsepter i operativsystemer og samtidig programmering, som brukes til å synkronisere utførelsen av flere tråder eller prosesser som får tilgang til delte ressurser. De hjelper til med å forhindre datakorrupsjon og sikre riktig ressursstyring i flertrådede miljøer.

1. Semaforer:

- konsept: En semafor er en enkel, heltall-verdsatt variabel som bare er tilgjengelig gjennom to atomoperasjoner:`vent ()` og `signal ()`.

- vent (): Redusere semaforverdien. Hvis verdien blir negativ, er tråden som kaller `vent ()` blokkert til verdien blir ikke-negativ.

- signal (): Øker semaforverdien. Hvis det er noen tråder som er blokkert på `vent ()`, er en av dem ikke blokkert.

- Formål: Semaforer brukes til å implementere gjensidig eksklusjon (bare en tråd kan få tilgang til en delt ressurs om gangen) eller for å kontrollere tilgangen til et begrenset antall ressurser (f.eks. Et fast antall skrivere).

- Eksempel: Se for deg en delt skriver med maksimalt 10 utskriftsjobber i køen. En semafor med en innledende verdi på 10 kan brukes til å kontrollere tilgangen til skriveren. Hver gang en tråd vil skrive ut, kaller den `Vent ()`. Hvis verdien blir 0, blokkeres tråden til en annen tråd er ferdig med utskrift og kaller `signal ()`.

2. Monitorer:

- konsept: En skjerm er en synkroniseringskonstruksjon på høyere nivå som omsetter data og prosedyrene som fungerer på den. Den gir gjensidig eksklusjon automatisk, noe som betyr at bare en tråd kan få tilgang til dataene om gangen.

- Funksjoner:

- Datainnkapsling: Monitorer skjuler dataene fra omverdenen, slik at bare skjermens prosedyrer får tilgang til dem.

- Gjensidig eksklusjon: Bare en tråd kan være aktiv inne i en skjerm til enhver tid.

- tilstandsvariabler: Monitorer inkluderer tilstandsvariabler, som lar tråder vente på at spesifikke forhold blir sanne. Tråder kan bruke `Vent ()` for å blokkere på en tilstandsvariabel og `signal ()` for å fjerne blokkeringen av en annen tråd som venter på samme tilstand.

- Eksempel: Se for deg en database med et begrenset antall tilgjengelige tilkoblinger. En skjerm kan brukes til å administrere disse tilkoblingene. Den inkluderer en datastruktur som holder tilgjengelige tilkoblinger og prosedyrer for å skaffe og frigjøre en tilkobling. Tråder kan ringe prosedyrer i skjermen for å få en tilkobling, og hvis ingen er tilgjengelige, venter de på en tilstandsvariabel til en tilkobling er utgitt.

Nøkkelforskjeller:

- Abstraksjonsnivå: Semaforer er primitiver på lavt nivå, mens skjermer gir et høyere abstraksjonsnivå.

- Gjensidig eksklusjon: Semaforer krever eksplisitt koding for gjensidig ekskludering, mens skjermer håndterer det implisitt.

- tilstandsvariabler: Monitorer har innebygde tilstandsvariabler, mens semaforer vanligvis krever separate implementeringer.

Sammendrag:

Både skjermer og semaforer spiller en avgjørende rolle i å håndtere samtidighet. Semaforer er enklere og mer allsidige, men krever mer manuell styring. Monitorer tilbyr høyere abstraksjon og gir mer kontroll over tilgang til delte data. Å velge riktig synkroniseringsmekanisme avhenger av de spesifikke behovene til applikasjonen din.