Τι είναι οι οθόνες και τα σηματοφόρα;

Οθόνες και σηματοφόρα:μηχανισμοί συγχρονισμού

Οι οθόνες και τα σηματοφόρα είναι θεμελιώδεις έννοιες στα λειτουργικά συστήματα και ταυτόχρονος προγραμματισμός, που χρησιμοποιούνται για να συγχρονιστούν η εκτέλεση πολλαπλών νημάτων ή διαδικασιών που έχουν πρόσβαση σε κοινούς πόρους. Βοηθούν στην πρόληψη της διαφθοράς των δεδομένων και διασφαλίζουν τη σωστή διαχείριση των πόρων σε περιβάλλοντα πολλαπλών σπειρωμάτων.

1. Σημειογραφικά:

- Έννοια: Ένα σηματοφόρο είναι μια απλή, ακέραια μεταβλητή μεταβλητή που έχει πρόσβαση μόνο μέσω δύο ατομικών λειτουργιών:`wait ()` και `signal ()`.

- Περιμένετε (): Μειώνει την τιμή του σηματοφόρου. Εάν η τιμή γίνει αρνητική, το νήμα που καλεί `wait () 'είναι μπλοκαρισμένο έως ότου η τιμή δεν αρνητική.

- σήμα (): Αυξάνει την τιμή του σηματοφόρου. Εάν υπάρχουν μπλοκαρισμένα νήματα στο `wait ()`, ένα από αυτά είναι ξεκλειδωμένο.

- Σκοπός: Τα σηματοφόρα χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση του αμοιβαίου αποκλεισμού (μόνο ένα νήμα μπορεί να έχει πρόσβαση σε έναν κοινό πόρο κάθε φορά) ή για τον έλεγχο της πρόσβασης σε περιορισμένο αριθμό πόρων (π.χ. σταθερό αριθμό εκτυπωτών).

- Παράδειγμα: Φανταστείτε έναν κοινόχρηστο εκτυπωτή με μέγιστες 10 εργασίες εκτύπωσης στην ουρά. Ένα σηματοφόρο με αρχική τιμή 10 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της πρόσβασης στον εκτυπωτή. Κάθε φορά που ένα νήμα θέλει να εκτυπώσει, καλεί `wait ()`. Εάν η τιμή γίνει 0, το νήμα είναι μπλοκαρισμένο έως ότου ένα άλλο νήμα τελειώσει την εκτύπωση και καλεί `signal ()`.

2. Παρακολούθηση:

- Έννοια: Μια οθόνη είναι ένα κατασκεύασμα συγχρονισμού υψηλότερου επιπέδου που ενσωματώνει δεδομένα και τις διαδικασίες που λειτουργούν σε αυτό. Παρέχει αυτόματα τον αμοιβαίο αποκλεισμό, πράγμα που σημαίνει ότι μόνο ένα νήμα μπορεί να έχει πρόσβαση στα δεδομένα κάθε φορά.

- Χαρακτηριστικά:

- Εγκψοπούλα δεδομένων: Οι παρατηρήσεις κρύβουν τα δεδομένα από τον εξωτερικό κόσμο, επιτρέποντας μόνο τις διαδικασίες της οθόνης για πρόσβαση σε αυτό.

- Αμοιβαία αποκλεισμός: Μόνο ένα νήμα μπορεί να είναι ενεργό μέσα σε μια οθόνη ανά πάσα στιγμή.

- Μεταβλητές κατάστασης: Οι οθόνες περιλαμβάνουν μεταβλητές κατάστασης, οι οποίες επιτρέπουν στα νήματα να περιμένουν να γίνουν πραγματικές συνθήκες. Τα νήματα μπορούν να χρησιμοποιήσουν `wait ()` για να μπλοκάρει σε μια μεταβλητή κατάστασης και `signal ()` για να ξεμπλοκάρει ένα άλλο νήμα που περιμένει στην ίδια κατάσταση.

- Παράδειγμα: Φανταστείτε μια βάση δεδομένων με περιορισμένο αριθμό διαθέσιμων συνδέσεων. Μια οθόνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διαχείριση αυτών των συνδέσεων. Περιλαμβάνει μια δομή δεδομένων που κατέχει τις διαθέσιμες συνδέσεις και διαδικασίες για την απόκτηση και απελευθέρωση μιας σύνδεσης. Τα νήματα μπορούν να καλέσουν τις διαδικασίες εντός της οθόνης για να λάβουν μια σύνδεση και αν δεν υπάρχουν διαθέσιμα, περιμένουν σε μεταβλητή κατάστασης μέχρι να απελευθερωθεί μια σύνδεση.

Βασικές διαφορές:

- Επίπεδο αφαίρεσης: Τα σηματοφόρα είναι πρωτόγονα χαμηλού επιπέδου, ενώ οι παρακολούθησης παρέχουν υψηλότερο επίπεδο αφαίρεσης.

- Αμοιβαία αποκλεισμός: Τα σηματοφόρα απαιτούν ρητή κωδικοποίηση για τον αμοιβαίο αποκλεισμό, ενώ οι οθόνες το χειρίζονται σιωπηρά.

- Μεταβλητές κατάστασης: Οι οθόνες έχουν ενσωματωμένες μεταβλητές κατάστασης, ενώ τα σηματοφόρα συνήθως απαιτούν ξεχωριστές υλοποιήσεις.

Περίληψη:

Τόσο οι οθόνες όσο και οι σηματοφόρες διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στη διαχείριση της ταυτότητας. Τα σηματοφόρα είναι απλούστερα και πιο ευέλικτα, αλλά απαιτούν περισσότερη χειρωνακτική διαχείριση. Οι οθόνες προσφέρουν υψηλότερη αφαίρεση και παρέχουν μεγαλύτερο έλεγχο στην πρόσβαση σε κοινά δεδομένα. Η επιλογή του κατάλληλου μηχανισμού συγχρονισμού εξαρτάται από τις συγκεκριμένες ανάγκες της εφαρμογής σας.