Монітор (синхронізація)
Монітор — в мовах програмування, це високорівнева конструкція для отримання ексклюзивного доступу до спільних ресурсів.
Монітор реалізується за допомогою м'ютекса та умовних змінних.
Монітор був винайдений П.Б. Хансеном[1] та Тоні Гоаром[2] та вперше був застосований в мові Concurrent Pascal.
Монітор гарантує ексклюзивний доступ до класу, об'єкта чи модуля за допомогою використання м'ютекса.
Приклад об'єкта, що гарантує безпечний доступ до банківського рахунку:
monitor class Account {
private int balance := 0
invariant balance >= 0
public method boolean withdraw(int amount)
precondition amount >= 0
{
if balance < amount then return false
else { balance := balance - amount ; return true }
}
public method deposit(int amount)
precondition amount >= 0
{
balance := balance + amount
}
}
Під час виконання потоком метода такого об'єкта, кажуть, що потік займає (чи заблоковує) об'єкт, отримуючи його м'ютекс (lock). У кожен конкретний момент часу не більше одного потоку може виконувати код цього об'єкта.
monitor є синтаксичним цукром для того, щоб не писати код захвату/вивільнення м'ютекса.
Якщо метод монітора має дочекатись деякої умови, що встановлюється методом того самого монітора в іншому потоці, то цей метод повинен:
- тимчасово звільнити м'ютекс та очікувати (призупинити своє виконання),
- після зміни умови отримати м'ютекс назад та бути оповіщеним (пробудженим).
Така функціональність реалізується за допомогою змінних умови (умовна змінна).
Технічно, умовна змінна є списком потоків, що очікують на дану умову. Поки потік очікує на умовну змінну, він не може зайняти монітор.
Єдиними операціями можливими над умовною змінною є: очікування та оповіщення.
Блокуюча умовна змінна — рання реалізація (реалізація Гоара), що при оповіщенні умовної змінної, негайно активізує потік очікування та віддає йому м'ютекс. Ця реалізація технічно складна, і її єдина перевага в тому, що оповіщений потік може бути впевненим, що умова ще чинна.
Неблокуюча умовна змінна — пізніша реалізація (реалізація Mesa) дозволяє потоку, що сповіщає завершити метод монітора, а аж потім пробудити потік очікування. Це реалізація простіша, але вона не гарантує чинності умови в момент пробудження потоку, оскільки умова могла після першої зміни знову змінитись.
Тому, в коді очікування потрібно писати while test do wait(cv) замість if test then wait(cv).
Монітори підтримують мови програмування:
- ↑ Brinch Hansen, Per (1973). 7.2 Class Concept. Operating System Principles. Prentice Hall. ISBN 0-13-637843-9.
- ↑ Hoare, C. A. R. (October 1974). Monitors: an operating system structuring concept. Comm. ACM. 17 (10): 549—557. doi:10.1145/355620.361161.
- Java Monitors (lucid explanation) [Архівовано 13 січня 2016 у Wayback Machine.]
- "Strategies for Implementing POSIX Condition Variables on Win32" by Douglas C. Schmidt and Irfan Pyarali
- http://en.cppreference.com/w/cpp/thread/condition_variable [Архівовано 13 січня 2016 у Wayback Machine.]
- http://msdn.microsoft.com/en-us/library/system.threading.monitor.aspx [Архівовано 6 травня 2016 у Wayback Machine.]
- http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms682052.aspx [Архівовано 4 травня 2016 у Wayback Machine.]