Шрифт:
Семафоры
Для синхронизации процессов, а точнее, для синхронизации доступа нескольких процессов к разделяемым ресурсам, используются семафоры. Являясь одной из форм IPC, семафоры не предназначены для обмена большими объемами данных, как в случае FIFO или очередей сообщений. Вместо этого, они выполняют функцию, полностью соответствующую своему названию — разрешать или запрещать процессу использование того или иного разделяемого ресурса.
Применение семафоров поясним на простом примере. Допустим, имеется некий разделяемый ресурс (например, файл). Необходимо блокировать доступ к ресурсу для других процессов, когда некий процесс производит операцию над ресурсом (например, записывает в файл). Для этого свяжем с данным ресурсом некую целочисленную величину — счетчик, доступный для всех процессов. Примем, что значение 1 счетчика означает доступность ресурса, 0 — его недоступность. Тогда перед началом работы с ресурсом процесс должен проверить значение счетчика. Если оно равно 0 — ресурс занят и операция недопустима — процессу остается ждать. Если значение счетчика равно 1 — можно работать с ресурсом. Для этого, прежде всего, необходимо заблокировать ресурс, т. е. изменить значение счетчика на 0. После выполнения операции для освобождения ресурса значение счетчика необходимо изменить на 1. В приведенном примере счетчик играет роль семафора.
Для нормальной работы необходимо обеспечить выполнение следующих условий:
1. Значение семафора должно быть доступно различным процессам. Поэтому семафор находится не в адресном пространстве процесса, а в адресном пространстве ядра.
2. Операция проверки и изменения значения семафора должна быть реализована в виде одной атомарной по отношению к другим процессам (т. е. непрерываемой другими процессами) операции. В противном случае возможна ситуация, когда после проверки значения семафора выполнение процесса будет прервано другим процессом, который в свою очередь проверит семафор и изменит его значение. Единственным способом гарантировать атомарность критических участков операций является выполнение этих операций в режиме ядра (см. режимы выполнения процесса).
Таким образом семафоры являются системным ресурсом, действия над которым производятся через интерфейс системных вызовов.
Семафоры в System V обладают следующими характеристиками:
Семафор представляет собой не один счетчик, а группу, состоящую из нескольких счетчиков, объединенных общими признаками (например, дескриптором объекта, правами доступа и т.д.).
Каждое из этих чисел может принимать любое неотрицательное значение в пределах, определенных системой (а не только значения 0 и 1).
Для каждой группы семафоров (в дальнейшем мы будем называть группу просто семафором) ядро поддерживает структуру данных
| struct ipc_perm sem_perm | Описание прав доступа |
| struct sem *sem_base | Указатель на первый элемент массива семафоров |
| ushort sem_nsems | Число семафоров в группе |
| time_t sem_otime | Время последней операции |
| time_t sem_ctime | Время последнего изменения |