Примитивы межпроцессорного взаимодействия

Оба решения корректны, но они обладают одним и тем же недостатком: использование активного ожидания. Они реализуют следующий алгоритм: перед входом в критическую область процесс проверяет, можно ли это сделать. Если нельзя, то процесс входит в цикл, ожидая возможности войти в критическую область. Этот алгоритм не только бесцельно тратит процессорное время, но, кроме того, может возникнуть ситуация, которую называют проблемой инверсий приоритета. Возможность вхождения в критическую область должен предвидеть пользователь. Примитивы блокируют процессы в случае запрета на вход в критическую область. Одной из простейших является пара примитивов sleep и wake up. Примитив sleep – это системный запрос, в результате которого вызывающий процесс блокируется, пока его не разбудит другой процесс. У системного запроса wake up один параметр – это процесс, который следует запустить. Также возможно наличие одного параметра у обоих запросов: адрес ячейки памяти, используемой для согласования запросов ожидания и запуска.

СЕМАФОРЫ

В 1965 г. Дейкстра предложил использовать целую переменную для подсчета сигналов запуска, сохраненных на будущее. Им был предложен новый тип переменных – семафоры, значение которых может быть нулем (в случае отсутствия сохраненных сигналов активации) или некоторым положительным числом, соответствующим количеству отложенных активирующих сигналов. Он предложил две операции: down и up. Операция down сравнивает значение семафора с нулем. Если значение семафора >0, то операция down уменьшает его, т.е. расходует один из отложенных сигналов активации, и возвращает управление. Если значение семафора равно нулю – то процедура не возвращает управление процессу, а он сам переводится в состояние ожидания. Все операции проверки значения семафора, его изменение или переводы процессов в состоянии ожидания, выполняется как единое, не делимое, элементарное действие. Тем самым гарантируется, что после начала операции ни один процесс не получит доступа к семафору до окончания, либо блокировки операции. Операция up – увеличивает значение семафора. Если с ним связаны один или несколько ожидающих процессов, которые не могут завершить более раннюю операцию down, один из них выбирается системой, напр., случайным образом, и ему разрешается завершить свою операцию down. Т.О. после операции up, примененной к семафору, связанному с несколькими ожидающими процессами, значение семафора так и остается равным нулю. Но за то число ожидающих процессов уменьшается на единицу. Операция увеличения значения семафора и активации процесса также неделимы, т.е. ни один процесс не может быть блокирован во время выполнения операции up, также, как ни один процесс не может быть блокирован во время выполнения операции.

МЬЮТЕКСЫ

Взаимное исключение. Иногда используется упрощенная версия семафора, называемая мьютексом. Мьютекс не способен считать, он может лишь управлять взаимным исключением доступа к совместно используемым ресурсам или кодам. Реализация мьютекса проста и эффективна, что делает их использование особенно удобным в случае потоков, действующих только в пространстве пользователя. Мьютекс – это переменная, которая может находиться в одном из двух состояний, блокированном и не блокированном. Потому для описания мьютекса нужен всего 1 бит, хотя чаще используется целочисленная переменная, у которой: 0 – не блокируемое состояние, а любое другое положительное целое, соответствует блокируемому состоянию. Значение мьютекса устанавливается двумя процедурами. Если поток (процесс) собирается войти в критическую область – он вызывает процедуру мьютекс-lock. Если Мьютекс не заблокирован (вход в критическую область разрешен), запрос выполняется и вызывающий поток может попасть в критическую область. Напротив, если Мьютекс заблокирован, вызывающий поток блокируется до тех пор, пока другой поток, находящийся в критической области не выйдет из нее, вызвав процедуру Мьютекс-anlock. Если мьютекс блокирует несколько потоков, то из них случайным образом выбирается один. Мьютексы легко реализуются в пространстве пользователя, если доступна команда DSL.