Monitores y semáforos:mecanismos de sincronización
Los monitores y los semáforos son conceptos fundamentales en los sistemas operativos y la programación concurrente, utilizadas para sincronizar la ejecución de múltiples hilos o procesos que acceden a recursos compartidos. Ayudan a prevenir la corrupción de datos y garantizar la gestión adecuada de los recursos en entornos de múltiples subprocesos.
1. Semáforos:
- Concepto: Un semáforo es una variable simple y valorada por entero a la que se accede solo a través de dos operaciones atómicas:`Wait ()` y `Signal ()`.
- Wait (): Disminuye el valor semáforo. Si el valor se vuelve negativo, el hilo que llama `espera ()` se bloquea hasta que el valor se vuelve no negativo.
- señal (): Incrementa el valor semáforo. Si hay algún hilo bloqueado en `Wait ()`, uno de ellos está desbloqueado.
- Propósito: Los semáforos se utilizan para implementar la exclusión mutua (solo un hilo puede acceder a un recurso compartido a la vez) o para controlar el acceso a un número limitado de recursos (por ejemplo, un número fijo de impresoras).
- Ejemplo: Imagine una impresora compartida con un máximo de 10 trabajos de impresión en la cola. Se puede usar un semáforo con un valor inicial de 10 para controlar el acceso a la impresora. Cada vez que un hilo quiere imprimir, llama `esperar ()`. Si el valor se convierte en 0, el hilo se bloquea hasta que otro hilo finaliza la impresión y llama `señal ()`.
2. Monitores:
- Concepto: Un monitor es una construcción de sincronización de nivel superior que encapsula los datos y los procedimientos que operan en él. Proporciona exclusión mutua automáticamente, lo que significa que solo un hilo puede acceder a los datos a la vez.
- Características:
- Encapsulación de datos: Los monitores ocultan los datos del mundo exterior, permitiendo que solo los procedimientos del monitor accedan a él.
- Exclusión mutua: Solo un hilo puede estar activo dentro de un monitor en un momento dado.
- Variables de condición: Los monitores incluyen variables de condición, que permiten a los hilos esperar a que condiciones específicas sean verdaderas. Los hilos pueden usar `Wait ()` para bloquear en una variable de condición y `señal ()` para desbloquear otro hilo esperando en la misma condición.
- Ejemplo: Imagine una base de datos con un número limitado de conexiones disponibles. Se puede utilizar un monitor para administrar estas conexiones. Incluye una estructura de datos que contiene las conexiones y procedimientos disponibles para obtener y liberar una conexión. Los hilos pueden llamar a los procedimientos dentro del monitor para obtener una conexión, y si no hay ninguna disponible, esperan una variable de condición hasta que se libere una conexión.
Diferencias clave:
- Nivel de abstracción: Los semáforos son primitivas de bajo nivel, mientras que los monitores proporcionan un mayor nivel de abstracción.
- Exclusión mutua: Los semáforos requieren una codificación explícita para la exclusión mutua, mientras que los monitores lo manejan implícitamente.
- Variables de condición: Los monitores tienen variables de condición incorporadas, mientras que los semáforos generalmente requieren implementaciones separadas.
Resumen:
Tanto los monitores como los semáforos juegan un papel crucial en la gestión de la concurrencia. Los semáforos son más simples y versátiles, pero requieren más gestión manual. Los monitores ofrecen una mayor abstracción y proporcionan más control sobre el acceso a los datos compartidos. Elegir el mecanismo de sincronización apropiado depende de las necesidades específicas de su aplicación.