Семафоры
Семафор— это способ управления доступом к ресурсу. Обычно принято рассматривать семафор как сигнальный флажок (отсюда его название), но автор считает, что лучше его описывать как ключ. Это не целочисленные ключи, о которых мы говорили ранее, а, в этой аналогии, ключи от входной двери.
В простейшем случае семафор — это единственный ключ, который висит на гвозде рядом с запертой дверью. Чтобы пройти через дверь, нужно снять ключ с гвоздя; вы также обязаны снова повесить ключ на гвоздь, выйдя из комнаты. Если ключа не будет на месте, когда вы подойдете к двери, вам придется ждать до тех пор, пока тот, кто его взял, не повесит его на место, при условии, что вы твердо решили пройти через эту дверь. Иначе, вы можете сразу же уйти, если ключа нет на месте.
Это описание относится к ресурсу, которым может одновременно пользоваться только одна сущность; в том случае, когда имеется только один ключ, семафор называют двоичным. Семафоры для ресурсов, которые могут использоваться одновременно несколькими сущностями, называют счетными. Они действуют по такому же принципу, как описано выше, только на гвозде висят несколько ключей. Если ресурс может поддерживать четырех пользователей одновременно (или если доступно четыре эквивалентных ресурса, что по сути означает одно и то же), то имеется четыре ключа. Это естественное обобщение.
Процессы применяют семафоры для координации своей деятельности. Например, предположим, что вы написали программу и хотите исключить возможность выполнения более одного экземпляра программы на конкретном компьютере одновременно. Хорошим примером является программа воспроизведения звуковых файлов: вряд ли кому-то захочется воспроизводить несколько файлов одновременно, поскольку результатом будет неприятная какофония. В качестве другого примера можно привести сервер X Window. Иногда трудно предотвратить запуск более одного X-сервера на одном и том же компьютере одновременно, поэтому имеет смысл предусмотреть, чтобы X-сервер этого не допускал, по крайней мере, по умолчанию.
Семафоры предоставляют способ решения этой проблемы. Программа воспроизведения звука, или X-сервер, или любой другой процесс может определить семафор, проверять, находится ли он в использовании, и продолжать свою работу, если семафор свободен. Если семафор уже занят, это значит, что работает еще один экземпляр этой программы, и тогда программа должна ожидать освобождения семафора (что можно предусмотреть в программе воспроизведения звука), просто отказаться от дальнейших попыток и выйти (что можно предусмотреть в X-сервере), или продолжить работу и пока заниматься чем-то иным, время от времени повторяя попытку обратиться к семафору. Кстати, такой способ применения семафоров часто называют взаимоисключающим, по очевидным причинам; в исходном коде ядра можно встретить общепринятое сокращение соответствующего английского выражения mutual exclusion — mutex.
Для достижения такого же эффекта, как и при использовании двоичных семафоров, чаще применяются файлы блокировки, по крайней мере, при определенных обстоятельствах. Файлы блокировки несколько проще в использовании и некоторые реализации файлов блокировки могут применяться в сети, а семафоры — не могут. С другой стороны, файлы блокировки не применимы для более общего подхода, выходящего за пределы двоичного случая. Как бы то ни было, файлы блокировки не входят в тематику данной книги.
Программные реализации семафора и очереди сообщений настолько подобны, что нет нужды описывать функции sem_init (строка ), findkey (строка ), sys_semget (строка ), newary (строка ) и freeary (строка ), поскольку они почти полностью повторяют свои аналоги в реализации очереди сообщений.
