Monitors en semaforen:Synchronisatiemechanismen

Monitors en semaforen zijn fundamentele concepten in besturingssystemen en gelijktijdige programmering, die worden gebruikt om de uitvoering van meerdere threads of processen die toegang hebben tot gedeelde bronnen te synchroniseren. Ze helpen bij het voorkomen van gegevenscorruptie en zorgen voor een goed hulpbronnenbeheer in multi-threaded omgevingen.

1. Semaforen:

- concept: Een semafoor is een eenvoudige variabele met een geheel getal gewaardeerd alleen toegankelijk via twee atoombewerkingen:`wacht ()` en `signaal ()`.

- wacht (): Vermindert de semafoorwaarde. Als de waarde negatief wordt, wordt de thread-oproep `wacht ()` geblokkeerd totdat de waarde niet-negatief wordt.

- signaal (): Verhoogt de semafoorwaarde. Als er threads zijn geblokkeerd op `wacht ()`, is een daarvan niet geblokkeerd.

- Doel: Semaforen worden gebruikt om wederzijdse uitsluiting te implementeren (slechts één thread heeft toegang tot een gedeelde bron tegelijk) of om de toegang tot een beperkt aantal bronnen te regelen (bijvoorbeeld een vast aantal printers).

- Voorbeeld: Stel je een gedeelde printer voor met een maximum van 10 printtaken in de wachtrij. Een semafoor met een initiële waarde van 10 kan worden gebruikt om de toegang tot de printer te regelen. Elke keer dat een thread wil afdrukken, roept het 'Wait ()' aan. Als de waarde 0 wordt, wordt de thread geblokkeerd totdat een andere thread afdrukt en het 'signaal ()' aanroept.

2. Monitoren:

- concept: Een monitor is een synchronisatieconstruct van hoger niveau dat gegevens en de procedures die erop werken, inkapselt. Het biedt automatisch wederzijdse uitsluiting, wat betekent dat slechts één thread toegang heeft tot de gegevens tegelijk.

- Functies:

- Data Encapsulation: Monitors verbergen de gegevens voor de buitenwereld, waardoor alleen de procedures van de monitor toegang hebben.

- Wederzijdse uitsluiting: Slechts één thread kan op elk willekeurig moment actief zijn in een monitor.

- Conditievariabelen: Monitors bevatten conditievariabelen, waarmee threads kunnen wachten tot specifieke omstandigheden waar worden. Threads kunnen `wacht ()` gebruiken om op een conditie -variabele te blokkeren en `signaal ()` om een ​​andere thread te deblokkeren die op dezelfde staat wacht.

- Voorbeeld: Stel je een database voor met een beperkt aantal beschikbare verbindingen. Een monitor kan worden gebruikt om deze verbindingen te beheren. Het bevat een gegevensstructuur met de beschikbare verbindingen en procedures voor het verkrijgen en vrijgeven van een verbinding. Threads kunnen procedures binnen de monitor oproepen om een ​​verbinding te verkrijgen, en als er geen beschikbaar is, wachten ze op een conditie -variabele totdat een verbinding is vrijgegeven.

Belangrijkste verschillen:

- abstractieniveau: Semaforen zijn lage primitieven, terwijl monitoren een hoger abstractieniveau bieden.

- Wederzijdse uitsluiting: Semaforen vereisen expliciete codering voor wederzijdse uitsluiting, terwijl monitoren dit impliciet omgaan.

- Conditievariabelen: Monitoren hebben ingebouwde conditievariabelen, terwijl semaforen meestal afzonderlijke implementaties vereisen.

Samenvatting:

Zowel monitoren als semaforen spelen een cruciale rol bij het beheren van gelijktijdigheid. Semaforen zijn eenvoudiger en veelzijdiger, maar vereisen meer handmatig beheer. Monitoren bieden een hogere abstractie en bieden meer controle over toegang tot gedeelde gegevens. Het kiezen van het juiste synchronisatiemechanisme hangt af van de specifieke behoeften van uw toepassing.