Свойства подхода, основанного на использовании машинных инструкций

Подход, основанный на использовании специальной машинной инструкции для осуществления взаимных исключений, имеет ряд преимуществ.

· Он применим к любому количеству процессов при наличии как одного, так и нескольких процессоров, разделяющих основную память.

· Этот подход очень прост, а потому легко проверяем.

· Он может использоваться для поддержки множества критических разделов; каждый из них может быть определен при помощи своей собственной переменной.

Однако у такого подхода имеются и серьезные недостатки.

· Используется пережидание занятости. Следовательно, в то время как процесс находится в ожидании доступа к критическому разделу, он продолжает потреблять процессорное время.

· Возможно голодание. Если процесс покидает критический раздел, а входа в него ожидают несколько других процессов, то выбор ожидающего процесса произволен. Следовательно, может оказаться, что какой-то из процессов будет ожидать входа в критический раздел бесконечно.

· Возможна взаимоблокировка. Рассмотрим следующий сценарий в однопроцессорной системе. Процесс Р1 выполняет специальную инструкцию (т.е. testset или exchange) и входит в критический раздел. После этого процесс Р1 прерывается процессом Р2 с более высоким приоритетом. Если Р2 попытается обратиться к тому же ресурсу, что и Р1, ему будет отказано в доступе в соответствии с механизмом взаимоисключений, и он войдет в цикл пережидания занятости. Однако в силу того что процесс Р1 имеет более низкий приоритет, он не получит возможности продолжить работу, так как в наличии имеется активный процесс с высоким приоритетом.

Задача о парикмахерской

В качестве примера использования семафоров для реализации па­раллельных вычислений рассмотрим простую задачу о парикмахерской. Этот пример весьма поучителен, так как задача, возникающая при попытке обеспе­чить простой доступ в парикмахерскую, сродни тем, которые возникают в ре­альных операционных системах.

В нашей парикмахерской три кресла, три парикмахера, зал ожидания, в котором четыре клиента могут разместиться на диване, а остальные — стоя. Правила пожарной безопасности ограничивают общее количество кли­ентов внутри помещения 20 людьми. В нашем примере мы предполагаем, что всего мастерская должна обслужить 50 клиентов.

Клиент не может войти в парикмахерскую, если она полностью заполнена другими клиентами. Оказавшись внутри, клиент либо присаживается на диван, либо стоит, если последний занят. Когда парикмахер освобождается, к нему от­правляется наиболее долго ожидающий клиент с дивана; если имеются стоящие клиенты, то тот из них, кто ожидает дольше других, присаживается на диван. По окончании стрижки принять плату может любой парикмахер, но так как кассир в парикмахерской лишь один, плата принимается в один момент времени только от одного клиента. Рабочее время парикмахера разделяется на стрижку, принятие оплаты от клиента и сон в своем кресле в ожидании очередного клиента.