Mutex vs Semaphore – Rozdíl mezi nimi

Klíčový rozdíl mezi Mutex a Semaphore

• Mutex je uzamykací mechanismus, zatímco Semaphore je signalizační mechanismus
• Mutex je přitom jen objekt Semaphore je celé číslo
• Mutex nemá žádný podtyp, zatímco semafor má dva typy: počítací semafor a binární semafor.
• Semaphore podporuje úpravy operací čekání a signálu, zatímco Mutex je modifikován pouze procesem, který může požadovat nebo uvolnit zdroj.
• Semaphore hodnota se upravuje pomocí operací čekání () a signál () na druhou stranu, operace Mutex jsou uzamčeny nebo odemčeny.

Zde jsem analyzoval rozdíl mezi Mutex a Semaphore a komplexně zhodnotí jejich klady a zápory.

Společná fakta o Mutex a Semaphore

Na základě mé praxe je zde několik běžných faktů o Mutex vs Semaphore:

• Mutex může získat pouze jeden úkol. Mutex má tedy vlastnictví a pouze vlastník jej může uvolnit.
• Důvody pro použití mutexu a semaforu jsou různé, možná kvůli podobnosti v jejich implementaci by mutex byl označován jako binární semafor.
• Jednou z velmi známých mylných představ je, že mutexové a Semaphores jsou téměř stejné, s jediným rozdílem, že Mutex je schopen počítat do 1, zatímco Semaphoreumí počítat od 0 do N.
• Mezi binárním semaforem a mutexem je vždy nejistota. Můžete slyšet, že mutex je binární semafor, což není správné.

Co je to Semaphore?

Semafor je jednoduše proměnná, která je nezáporná a sdílená mezi vlákny. Semafor je signalizační mechanismus a vlákno, které čeká na semafor, může být signalizováno jiným vláknem. Používá dvě atomické operace, 1) čekání a 2) signál pro synchronizace procesu.

A semafor buď povolí, nebo zakáže přístup ke zdroji, což závisí na tom, jak je nastaven.

Použití Semaphore

V případě jedné vyrovnávací paměti můžeme 4 kB vyrovnávací paměť rozdělit na čtyři 1 kB vyrovnávací paměti. Semaphore mohou být spojeny s těmito čtyřmi vyrovnávací paměti. To umožňuje uživatelům a výrobcům pracovat na různých vyrovnávací paměti současně.

výhody Semaphore

V mé praxi jsou klíčová pozitiva používání semaforu:

• Umožňuje více než jednomu vláknu přístup ke kritické sekci
• Semaphores jsou na stroji nezávislé.
• Semaphores jsou implementovány ve strojově nezávislém kódu mikrokernelu.
• Neumožňují více procesům vstoupit do kritické sekce.
• Jelikož je v semaforu nabitý čekací plán, nikdy nedochází ke ztrátě času a zdrojů procesu.
• Jsou strojově nezávislé, což by mělo být spuštěno ve strojově nezávislém kódu mikrokernelu.
• Umožňují flexibilní řízení zdrojů.

Nevýhody Semaphores

Zde jsou nevýhody semaforu, se kterými jsem se setkal.

• Jedním z největších omezení semaforu je inverze priority.
• Operační systém musí udržovat track všech volání semaforu wait a signal.
• Jejich použití není nikdy vynuceno, ale je to pouze konvence.
• Abyste se vyhnuli uváznutí v semaforu, použijte funkci Wait and Signal operace musí být provedeny ve správném pořadí.
• Semaphore programování je komplexní metoda, takže existuje šance, že nedosáhneme vzájemného vyloučení.
• Není to také praktická metoda pro použití ve velkém měřítku, protože jejich použití vede ke ztrátě modularity.
• Semaphore je náchylnější k chybě programátora.
• To může způsobit zablokování nebo porušení vzájemného vyloučení z důvodu chyby programátora.

Co je Mutex?

Plná forma Mutexu je Mutual Exclusion Object. Jedná se o speciální typ binárního semaforu, který slouží k řízení přístupu ke sdílenému zdroji. Zahrnuje mechanismus dědičnosti priorit, aby se zabránilo rozšířeným problémům s inverzí priorit. Umožňuje udržet aktuální úkoly s vyšší prioritou v blokovaném stavu po co nejkratší dobu. Dědičnost priority však inverzi priority neopravuje, ale pouze minimalizuje její účinek.

Použití Mutexu

Mutex poskytuje vzájemné vyloučení, což může být buď výrobce nebo spotřebitel, který může mít klíč (mutex) a pokračovat ve své práci. Dokud výrobce zaplní buffer, uživatel musí čekat a naopak. V zámku Mutex může vždy pracovat pouze jedno vlákno s celým bufferem.

Výhody Mutexu

Z toho, co jsem pozoroval, zde jsou klíčové výhody Mutexu:

• Mutexy jsou jen jednoduché zámky získané před vstupem do kritické sekce a jejím uvolněním.
• Vzhledem k tomu, že v kritické sekci je v daný okamžik pouze jedno vlákno, neexistují žádné sporné podmínky a data zůstávají vždy konzistentní.

Nevýhody Mutexu

Ve své praxi jsem identifikoval několik nevýhod Mutexu.

• Pokud vlákno získá uzamčení a přejde do režimu spánku nebo je preemptováno, nemusí se druhé vlákno posunout vpřed. To může vést k hladovění.
• Nelze jej zamknout ani odemknout z jiného kontextu, než ze kterého byl získán.
• V kritické sekci by mělo být vždy povoleno pouze jedno vlákno.
• Normální implementace může vést k zaneprázdněnému čekání, což plýtvá časem CPU.

Rozdíl mezi Semaphore a Mutex

Na základě toho, co jsem se naučil pracovat s nimi, zde je návod, jak Mutexy a Semaphorese liší:

Závěr

Podle mých zkušeností je klíčem k výběru mezi mutexy a semafory rozpoznání jejich provozních nuancí. Semaphores jsou ideální pro složité synchronizace, zatímco mutexy jsou vhodné pro přímé vzájemné vyloučení, což zajišťuje bezpečnost zdrojů v jednodušších kontextech.