4.14 Считающие семафоры

Считающие семафоры особенно полезны в случае, если некоторый ресурс выделяется из пула идентичных ресурсов. При инициализа­ции подобного семафора в его счетчике указывается количествен­ный показатель объема ресурсов пула. Каждая операция Р вызывает уменьшение значения счетчика семафора на 1, показывая, что некоторому процессу для использования выделен еще один ресурс уз пула. Каждая операция V вызывает увеличение значения счет­чика семафора на 1, показывая, что процесс возвратил в пул ресурс и этот ресурс может быть выделен теперь другому процессу.

Если делается попытка выполнить операцию Р, когда в счетчике семафора уже нуль, то соответствующему процессу придется ждать момента, пока в пул не будет возвращен освободившийся ресурс, т. е. пока не будет выполнена операция V.

5.2 Мониторы

Монитор – это механизм организации параллелизма, который содержит :

• как данные,

• так и процедуры,

необходимые для реализа­ции динамического распределения конкретного общего ресурса или группы общих ресурсов.

Чтобы обеспечить выделение нужного ему ресурса, процесс должен обратиться к конкретной процедуре монитора.

Необходимость входа в монитор в различные моменты времени может возникать у многих процессов. Однако вход в мони­тор находится под жестким контролем – здесь осуществляется взаимоисключение процессов, так что в каждый момент времени только одному процессу разрешается войти в монитор. Процессам, которые хотят войти в монитор, когда он уже занят, приходится ждать, причем режимом ожидания автоматически управляет сам монитор.

Поскольку механизм монитора гарантирует взаимоиск­лючение процессов, исключаются серьезные проблемы, связанные с параллельным режимом работы.

Внутренние данные монитора могут быть

• либо глобальными (относящимися ко всем процедурам монитора),

• либо локальными (относящимися только к одной конкретной процедуре).

Ко всем этим данным можно обращаться только изнутри монитора;

процес­сы, находящиеся вне монитора, просто не могут получить доступа к данным монитора.

Принимая такое структурное решение, значи­тельно упрощающее разработку программных систем повышенной надежности, говорят, что информация спрятана.

Если процесс обращается к некоторой процедуре монитора и обнаруживается, что соответствующий ресурс уже занят, эта про­цедура монитора выдает команду ожидания WAIT. Процесс мог бы оставаться внутри монитора, однако это привело бы к нарушению принципа взаимоисключения, если в монитор затем вошел бы другой процесс. Поэтому процесс, переводящийся в режим ожидания, дол­жен вне монитора ждать того момента, когда необходимый ему ре­сурс освободится.

Со временем процесс, который занимал данный ресурс, обратится к монитору, чтобы возвратить ресурс системе. Соответствующая процедура монитора при этом может просто принять уведомление о возвращении ресурса, а затем ждать, пока не поступит запрос от другого процесса, которому потребуется этот ресурс. Однако может оказаться, что уже имеются процессы, ожидающие освобождения данного ресурса. В этом случае монитор выполняет примитив опове­щения (сигнализации) SIGNAL, чтобы один из ожидающих процес­сов мог занять данный ресурс и покинуть монитор. Если процесс сигнализирует о возвращении (иногда называемом освобождением) ресурса и в это время нет процессов, ожидающих данного ресурса, то подобное оповещение не вызывает никаких других последствий, кроме того, что монитор естественно вновь вносит ресурс в список свободных. Очевидно, что процесс, ожидающий освобождения не­которого ресурса, должен находиться вне монитора, чтобы другой процесс имел возможность войти в монитор и возвратить ему этот ресурс.

Чтобы гарантировать, что процесс, находящийся в ожидании некоторого ресурса, со временем действительно получит этот ре­сурс, считается, что ожидающий процесс имеет более высокий при­оритет, чем новый процесс, пытающийся войти в монитор. В про­тивном случае новый процесс мог бы перехватить ожидаемый ресурс до того, как ожидающий процесс вновь войдет в монитор. Если допустить многократное повторение подобной нежелательной си­туации, то ожидающий процесс мог бы откладываться бесконечно.

Фактически, у процессов может возникнуть желание (и необходимость) находиться в режиме ожидания вне монитора по многим различным причинам. Поэтому было введено понятие переменной-условия.

Для каждой отдельно взятой причины, по которой процесс может быть переведен в состоя­ние ожидания, назначается свое условие. В связи с этим команды ожидания и сигнализации модифицируются – в них включаются имена условий:

wait(имяycлoвия)

signal(имяусловия)

Переменные-условия совершенно не похожи на "обычные" пере­менные, с которыми мы привыкли иметь дело.

Когда определяется такая переменная:

• заводится очередь.

• Процесс, выдавший команду ожидания, включается в эту очередь,

• а процесс, выдавший команду сигнализации, тем самым позволяет ожидающему процессу выйти из очереди и войти в монитор.