Semaphore信号量和Monitor之间的区别

在本文中，您将了解信号量和Monitor之间的区别。但在讨论区别之前，您需要了解信号量和Monitor的概念。

什么是信号量

信号量是一个整数变量，允许一个并行系统中的许多进程管理对共享资源的访问，例如多任务操作系统。它是一个 整数变量 (S) ，并以系统中资源的数量作为初始值。只有 wait() 和 signal() 方法可以修改 信号量 (S) 的值。当一个进程修改信号量的值时，其他进程无法同时修改信号量的值。

此外，操作系统将信号量分为两种类型：

计数信号量
二进制信号量

计数信号量

在计数信号量中，信号量 S 的值被初始化为系统中的资源数量。当一个进程需要访问共享资源时，它会调用信号量的 wait() 方法，将其值减1。当共享资源被释放时，它调用 signal() 方法，将值增加 1 。

当信号量计数达到 0 时，意味着进程已经使用了所有资源。假设一个进程在信号量计数为0时需要使用资源。此时它执行 wait() 方法，并且被阻塞，直到另一个正在使用共享资源的进程释放资源，并且信号量的值增加到 1 。

二进制信号量

二进制信号量在 0 和 1 之间有一个值。它类似于互斥锁，只是互斥锁是一种锁定方法，而信号量是一种信号方法。当一个进程需要访问二进制信号量资源时，它使用 wait() 方法将信号量的值从 1 减少到 0 。

当进程释放资源时，它使用 signal() 方法将信号量的值增加到 1 。当信号量值为 0 并且一个进程需要使用资源时，它使用 wait() 方法进行阻塞，直到当前正在使用资源的进程释放资源。

语法：

信号量的语法如下：

// Wait Operation
    wait(Semaphore S) {   
        while (S<=0);
            S--;
    }
    // Signal Operation
    signal(Semaphore S) {
        S++;
    }

信号量的优点和缺点

信号量的各种优点和缺点如下：

优点：

信号量不允许多个进程同时进入关键部分。通过这种方式实现互斥，比其他同步技术更高效。
信号量中不存在忙等待导致的进程时间或资源浪费。因为只有在满足某个条件时才允许进程访问临界区域。
它们可以实现灵活的资源管理。
由于在微内核的机器无关代码中执行，它们是与机器无关的。

缺点：

可能会出现优先级反转的情况，即优先级较低的进程比优先级较高的进程更容易访问临界区域。
信号量编程较为复杂，存在互斥不被实现的风险。
必须正确使用wait()和signal()方法，以避免死锁。

Monitor是什么

它是一种同步技术，使线程能够实现互斥，并等待给定条件变为真。它是一种抽象数据类型。它具有共享变量和在共享变量上执行的一组过程。一个进程不能直接访问共享数据变量，需要使用过程来允许多个进程同时访问共享数据变量。

在任何特定时间，Monitor中只能有一个进程活动。需要访问共享变量的其他进程必须排队，并且只有在前一个进程释放共享变量后才能获得访问权限。

语法：

可以使用Monitor的语法如下：

monitor  {

    //shared variable declarations
    data variables;
    Procedure P1() { ... }
    Procedure P2() { ... }
    .
    .
    .
    Procedure Pn() { ... }
    Initialization Code() { ... }
}

Monitor的优缺点

Monitor的各种优缺点如下所示：

优点

Monitor中的互斥是自动进行的。
该实现相对于信号量来说较为简单。
使用Monitor可以避免信号量使用时出现的时序错误。
Monitor是一种特殊类型的模块，由一组过程和条件变量组成。

缺点

Monitor必须被实现到编程语言中。
编译器应该为它们生成代码。
它给编译器带来了额外的负担，需要知道可用于控制并发进程中关键部分访问的操作系统特性。

信号量与Monitor的主要区别

在这里，您将学到信号量和Monitor之间的主要区别。其中一些主要区别如下所示：

信号量是一个整数变量，允许并行系统中的多个进程管理对共享资源的访问，例如多任务操作系统。另一方面，Monitor是一种同步技术，使线程能够互斥并等待给定条件为真。
当一个进程在信号量中使用共享资源时，它调用 wait() 方法并阻塞资源。当它想释放资源时，它执行 signal() 。相反，当一个进程在Monitor中使用共享资源时，它必须通过过程来访问它们。
信号量是一个整数变量，而Monitor是一个抽象数据类型。
在信号量中，一个整数变量表示系统中可用的资源数量。相反，Monitor是一种抽象数据类型，一次只允许一个进程在关键部分执行。
信号量没有条件变量的概念，而Monitor有条件变量。
信号量的值只能使用 wait() 和 signal() 来改变。相反，Monitor有共享变量和工具，使进程能够访问它们。

信号量与Monitor的对比

信号量和Monitor之间的各种对比如下所示：

特性	信号量	Monitor
定义	信号量是一个整数变量，允许并行系统中的多个进程管理对共享资源的访问，例如多任务操作系统。	它是一种同步过程，使线程能够互斥并等待给定条件为真。
语法	// 等待操作 wait(Semaphore S) { while (S<=0); S–; } // 信号操作 signal(Semaphore S) { S++; }	monitor { // 共享变量声明数据变量; 过程 P1() { … } 过程 P2() { … } . . . 过程 Pn() { … } }
基本	整数变量	抽象数据类型
访问	当进程使用共享资源时，调用S上的wait()方法，当释放资源时，使用S上的signal()方法。	当进程在Monitor中使用共享资源时，必须通过过程访问它们。
动作	信号量的值显示系统中可用的共享资源数量。	Monitor类型包括共享变量以及一组操作它们的过程。
条件变量	没有条件变量。	它具有条件变量。