I monitor e i semafori sono concetti fondamentali nei sistemi operativi e nella programmazione simultanea, utilizzati per sincronizzare l'esecuzione di più thread o processi che accedono alle risorse condivise. Aiutano a prevenire la corruzione dei dati e a garantire una corretta gestione delle risorse in ambienti multi-thread.
1. Semafori:
- concetto: Un semaforo è una semplice variabile con valori interi che si accede solo attraverso due operazioni atomiche:`wait ()` e `segnale ()`.
- wait (): Diminuisce il valore del semaforo. Se il valore diventa negativo, il thread che chiama `wait ()` viene bloccato fino a quando il valore non diventa negativo.
- Signal (): Incremento del valore semaforo. Se ci sono thread bloccati su `wait ()`, uno di essi è sbloccato.
- Scopo: I semafori vengono utilizzati per implementare l'esclusione reciproca (solo un thread può accedere a una risorsa condivisa alla volta) o per controllare l'accesso a un numero limitato di risorse (ad esempio un numero fisso di stampanti).
- Esempio: Immagina una stampante condivisa con un massimo di 10 lavori di stampa in coda. Un semaforo con un valore iniziale di 10 può essere utilizzato per controllare l'accesso alla stampante. Ogni volta che un thread vuole stampare, chiama `wait ()`. Se il valore diventa 0, il thread viene bloccato fino a quando un altro thread non termina la stampa e chiama `Signal ()`.
2. Monitor:
- concetto: Un monitor è un costrutto di sincronizzazione di livello superiore che incapsula i dati e le procedure che operano su di esso. Fornisce automaticamente esclusione reciproca, il che significa che solo un thread può accedere ai dati alla volta.
- Funzionalità:
- Incapsulamento dei dati: I monitor nascondono i dati dal mondo esterno, consentendo solo alle procedure del monitor di accedervi.
- Esclusione reciproca: Un solo thread può essere attivo all'interno di un monitor in qualsiasi momento.
- Variabili di condizione: I monitor includono le variabili delle condizioni, che consentono ai thread di attendere che le condizioni specifiche diventi vera. I thread possono usare `wait ()` per bloccare una variabile di condizione e `signal ()` per sbloccare un altro thread in attesa sulla stessa condizione.
- Esempio: Immagina un database con un numero limitato di connessioni disponibili. Un monitor può essere utilizzato per gestire queste connessioni. Include una struttura di dati che detiene le connessioni e le procedure disponibili per ottenere e rilasciare una connessione. I thread possono chiamare le procedure all'interno del monitor per ottenere una connessione e, se non è disponibile, attendono una variabile di condizione fino al rilascio di una connessione.
Differenze chiave:
- Livello di astrazione: I semafori sono primitivi di basso livello, mentre i monitor forniscono un livello più elevato di astrazione.
- Esclusione reciproca: I semafori richiedono una codifica esplicita per l'esclusione reciproca, mentre i monitor lo gestiscono implicitamente.
- Variabili di condizione: I monitor hanno variabili in condizioni integrate, mentre i semafori richiedono in genere implementazioni separate.
Riepilogo:
Sia i monitor che i semafori svolgono un ruolo cruciale nella gestione della concorrenza. I semafori sono più semplici e più versatili, ma richiedono una maggiore gestione manuale. I monitor offrono una maggiore astrazione e forniscono un maggiore controllo sull'accesso ai dati condivisi. La scelta del meccanismo di sincronizzazione appropriato dipende dalle esigenze specifiche dell'applicazione.
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