Sincronizzazione

SINCRONIZZAZIONE

Due processi si dicono interagenti, quando l'avanzamento di uno dipende dall'avanzamento dell'altro.
L'interazione fra due processi può essere di due tipi:

Competizione: i processi si contendono una risorsa che non è condivisibile
Comunicazione: i processi eseguono un'attività comune scambiandosi dati in una sola o in entrambe le direzioni

Competizione: i semafori

Quando n (n>1) processi chiedono l'uso di una data risorsa non condivisibile, è necessario regolare l'accesso ad essa in maniera tale che:

Nessun altro processo possa usare la risorsa se questa è già in uso
La risorsa rimanga al processo che l' ha ottenuta finché questo stesso non decide di rilasciarla
Al rilascio, la risorsa venga resa disponibile agli altri processi

Il meccanismo software che realizza queste condizioni è il semaforo mutex (mutue exclusion)
Un mutex è costituito dai seguenti elementi:

Una variabile di stato s, chiamata variabile semaforica, che può assumere soltano i valori 0,1
una coda di processi sospesi che attendono di usare la risorsa.
due primitive che chiameremo Attendi e Segnala.

La variabile s ha il seguente significato:

s=0, Occupato. La risorsa è impegnata
s=1, Libero. La risorsa è disponibile

Le primitive Attendi e Segnala sono implementate così:

Attendi	Segnala
if (s==0) <sospendi il processo> else s=0;	<passa il processo da bloccato a pronto> s=1

Le procedure Attendi e Segnala non possono essere interrotte mentre sono in esecuzione. Una procedura il cui codice non è "divisibile" in fase di esecuzione viene chiamata primitiva Un processo che vuole accedere ad una risorsa in mutua esclusione deve eseguire in successione le istruzioni:
Attendi
<usa la risorsa>
Segnala
Se Attendi trova s=0, l'esecuzione del processo viene sospesa e questo passa nella coda d'attesa del mutex. Se s=1, allora la risorsa è disponibile; in questo caso la primitiva Attendi porrà s=0 in modo da impedire ad altri processi di accedere alla risorsa. Al rilascio della risorsa il processo chiama la primitiva Segnala, che provvederà a trasferire nella coda dei pronti il primo processo in attesa sulla coda semaforica.
In alcuni casi si può verificare che alla risorsa possano accedere contemporaneamente (per es. perché sono presenti più unità della risorsa), un numero limitato di processi. Il meccanismo software che gestisce questo tipo di situazione è il semaforo n-ario.
Un semaforo n-ario è un semaforo, la cui la variabile semaforica può assumere un intervallo di valori interi compresi fra 0 e n. Le due primitive Attendi e Segnala si presentano così:

Attendi	Segnala
if (s==0) <sospendi il processo>> s--;	;<passa il processo da sospeso a pronto> s++

L'uso della risorsa, porta al decremento di s, mentre il suo rilascio comporta l'incremento.
Lo stato di un semaforo n-ario è "libero" quando la variabile semaforica è maggiore di 0 e "occupato" quando è uguale a zero . Questa variabile è decrementata automaticamente di uno ad ogni chiamata di Attendi, decrementata di 1 ad ogni chiamata di Segnala.
Il mutex è un caso particolare del semaforo n-ario, in cui n= 0,1 (il mutex viene chiamato anche semaforo binario).

N.B : Nella terminologia Windows il semaforo è "signaled" quando s>0, "non signaled" quando s=0.