Семафоры как средство взаимоисключения.

Семафоры - средство управления процессами

Семафоры традиционно использовались для синхронизации процессов, обращающихся к разделяемым данным. Каждый процесс должен исключать для всех других процессов возможность одновременно с ним обращаться к этим данным (взаимоисключение). Когда процесс обращается к разделяемым данным, говорят, что он находится в своем критическом участке.

Для решения задачи синхронизации необходимо, в случае если один процесс находится в критическом участке, исключить возможность вхождения для других процессов в их критические участки. Хотя бы для тех, которые обращаются к тем же самым разделяемым данным. Когда процесс выходит из своего критического участка, то одному из остальных процессов, ожидающих входа в свои критические участки, должно быть разрешено продолжить работу.

Процессы должны как можно быстрее проходить свои критические участки и не должны в этот период блокироваться. Если процесс, находящийся в своем критическом участке, завершается (возможно, аварийно), то необходимо, чтобы некоторый другой процесс мог отменить режим взаимоисключения, предоставляя другим процессам возможность продолжить выполнение и войти в свои критические участки.

Семафор - это защищенная переменная, значение которой можно опрашивать и менять только при помощи специальных операций wait и signal и операции инициализации init. Двоичные семафоры могут принимать только значения 0 и 1. Семафоры со счетчиками могут принимать неотрицательные целые значения.

Операция wait(s) над семафором s состоит в следующем:

если s > 0 то s:=s-1 иначе (ожидать на s)

а операция signal(s) заключается в том, что:

если (имеются процессы, которые ожидают на s)

то (разрешить одному из них продолжить работу)

иначе s:=s+1

Операции являются неделимыми. Критические участки процессов обрамляются операциями wait(s) и signal(s). Если одновременно несколько процессов попытаются выполнить операцию wait(s), то это будет разрешено только одному из них, а остальным придется ждать.

Семафоры со счетчиками используются, если некоторые ресурс выделяется из множества идентичных ресурсов. При инициализации такого семафора в его счетчике указывается число элементов множества. Каждая операция wait(s) уменьшает значения счетчика семафора s на 1, показывая, что некоторому процессу выделен один ресурс из множества. Каждая операция signal(s) увеличивает значение счетчика на 1, показывая, что процесс возвратил ресурс во множество. Если операция wait(s) выполняется, когда в счетчике содержится нуль (больше нет ресурсов), то соответствующий процесс ожидает, пока во множество не будет возвращен освободившийся ресурс, то есть пока не будет выполнена операция signal.

 

 

Тупики и бесконечные откладывания.

Тупик – состояние процесса, в котором он ожидает наступления события, которое никогда не произойдет.

Зависание – ситуация, когда один или более процессов оказываются в состоянии тупика.

 

Тупики могут быть вызваны:

1. ожидание несуществующего события
2. ожидание ненаступаемого события
3. бесконечное откладывание (ситуация, при которой предоставление процессора некоторому процессу будет откладываться на неопределенно долгий срок, в то время как система будет уделять внимание другим процессам.)

Бесконечное откладывание процесса может происходить из-за «дискриминационной» политики планировщика ресурсов системы. Когда ресурсы распределяются по приоритетному принципу, может случиться, что данный процесс будет бесконечно долго ожидать выделения нужного ему ресурса, поскольку будут постоянно приходить процессы с более высокими приоритетами.