0.6 Đồng bộ hóa quá trình  (Page 10/15)

Chú ý rằng, mặc dù dưới sự định nghĩa kinh điển của semaphores với sự chờ đợi bận là giá trị semaphore không bao giờ âm. Cài đặt này có thể có giá trị semaphore âm. Nếu giá trị semaphore âm thì tính chất trọng yếu của nó là số lượng quá trình chờ trên semaphore đó. Sự thật này là kết quả của việc chuyển thứ tự của việc giảm và kiểm tra trong việc cài đặt thao tác wait. Danh sách các quá trình đang chờ có thể được cài đặt dễ dàng bởi một trường liên kết trong mỗi khối điều khiển quá trình (PCB). Mỗi cách thêm và xoá các quá trình từ danh sách, đảm bảo việc chờ đợi có giới hạn sẽ sử dụng hàng đợi FIFO, ở đó semaphore chứa hai con trỏ đầu (head) và đuôi (tail) chỉ tới hàng đợi. Tuy nhiên, danh sách có thể dùng bất cứ chiến lược hàng đợi nào. Sử dụng đúng semaphores không phụ thuộc vào chiến lược hàng đợi cho danh sách semaphore.

Khía cạnh quyết định của semaphores là chúng được thực thi theo tính nguyên tử. Chúng ta phải đảm bảo rằng không có hai quá trình có thể thực thi các thao tác wait và signal trên cùng một semaphore tại cùng một thời điểm. Trường hợp này là vấn đề vùng tương trục và có thể giải quyết bằng một trong hai cách.

Trong môi trường đơn xử lý (nghĩa là chỉ có một CPU tồn tại), đơn giản là chúng ta có thể ngăn chặn các ngắt trong thời gian các thao tác wait và signal xảy ra. Cơ chế này làm việc trong một môi trường đơn xử lý vì một khi ngắt bị ngăn chặn, các chỉ thị từ các quá trình khác không thể được chen vào. Chỉ quá trình đang chạy hiện tại thực thi cho tới khi các ngắt được cho phép sử dụng trở lại và bộ định thời có thể thu hồi quyền điều khiển.

Trong môi trường đa xử lý, ngăn chặn ngắt không thể thực hiện được. Các chỉ thị từ các quá trình khác nhau (chạy trên các bộ xử lý khác nhau) có thể được chen vào trong cách bất kỳ. Nếu phần cứng không cung cấp bất cứ các chỉ thị đặc biệt nào, chúng ta có thể tận dụng các giải pháp phần cứng phù hợp cho vấn đề vùng tương trục (phần V.-4), ở đó các vùng tương trục chứa cá thủ tục wait và signal.

Vấn đề quan trọng là chúng ta không xoá hoàn toàn chờ đợi bận, với định nghĩa này cho các thao tác wait và signal. Dĩ nhiên là chúng ta xoá chờ đợi bận từ việc đi vào vùng tương trục của chương trình ứng dụng. Ngoài ra, chúng ta hạn chế việc chờ đợi bận chỉ các miền tương trục với thao tác wait và signal và các vùng này là ngắn (nếu được mã hợp lý, chúng nên không quá 10 chỉ thị). Do đó, miền tương trục hầu như không bao giờ bị chiếm và sự chờ đợi bận rất hiếm khi xảy ra và sau đó chỉ cho thời gian ngắn. Một trường hợp hoàn toàn khác xảy ra với những chương trình ứng dụng có miền tương trục dài (vài phút hay thậm chí vài giờ) hay có thể hầu như luôn bị chiếm. Trong trường hợp này, chờ đợi bận là cực kỳ kém hiệu quả.

Sự khoá chết (deadlocks) và đói tài nguyên

Cài đặt semaphore với một hàng đợi có thể dẫn đến trường hợp hai hay nhiều quá trình đang chờ không hạn định một sự kiện mà có thể được gây ra chỉ bởi một trong những quá trình đang chờ. Sự kiện đặt ra là sự thực thi của thao tác signal. Khi một trạng thái như thế xảy ra, những quá trình này được nói là bị khoá chết.