Semáforo (informática)

Un semáforo es una variable especial (o tipo abstracto de datos) que constituye el método clásico para restringir o permitir el acceso a recursos compartidos (por ejemplo, un recurso de almacenamiento del sistema o variables del código fuente) en un entorno de multiprocesamiento (en el que se ejecutarán varios procesos concurrentemente). Fueron inventados por Edsger Dijkstra en 1965 y se usaron por primera vez en el sistema operativo THEOS[ cita requerida].

Operaciones

Los semáforos sólo pueden ser manipulados usando las siguientes operaciones (éste es el código con espera activa):

Inicia(Semáforo s, Entero v)
{
  s = v;
}

En el que se iniciará la variable semáforo s a un valor entero v.

P(Semáforo s)
{
  if(s>0)  
      s = s-1;  
  else
      wait();
}

La cual mantendrá en espera activa al regido por el semáforo si éste tiene un valor inferior o igual al nulo.

V(Semáforo s)
{
   if(!procesos_bloqueados)
        s = s+1;  
   else
        signal(); 
}

Estas instrucciones pueden modificarse para evitar la espera activa, haciendo que la operación P duerma al mismo proceso que la ejecuta si no puede decrementar el valor, mientras que la operación V despierta a un proceso que no es quien la ejecuta. En un pseudolenguaje más entendible, la operación P suele denominarse "wait" o "espera" y la operación V "signal" o "señal".

El porqué de los nombres de estas funciones, V y P, tiene su origen en el idioma holandés. "Verhogen" significa incrementar y "Proberen" probar, aunque Dijkstra usó la palabra inventada prolaag [1], que es una combinación de probeer te verlagen (intentar decrementar). El valor del semáforo es el número de unidades del recurso que están disponibles (si sólo hay un recurso, se utiliza un "semáforo binario" cuyo valor inicial es 1).

La verificación y modificación del valor, así como la posibilidad de irse a dormir (bloquerse) se realiza en conjunto, como una sola e indivisible acción atómica. El sistema operativo garantiza que al iniciar una operación con un semáforo, ningún otro proceso puede tener acceso al semáforo hasta que la operación termine o se bloquee. Esta atomicidad es absolutamente esencial para resolver los problemas de sincronización y evitar condiciones de competencia.

Si hay n recursos, se inicializará el semáforo al número n. Así, cada proceso, al ir solicitando un recurso, verificará que el valor del semáforo sea mayor de 0; si es así es que existen recursos libres, seguidamente acaparará el recurso y decrementará el valor del semáforo.

Cuando el semáforo alcance el valor 0, significará que todos los recursos están siendo utilizados, y los procesos que quieran solicitar un recurso deberán esperar a que el semáforo sea positivo, esto es: alguno de los procesos que están usando los recursos habrá terminado con él e incrementará el semáforo con un signal o V(s).


Inicia se utiliza para inicializar el semáforo antes de que se hagan peticiones sobre él, y toma por argumento a un entero. La operación P cuando no hay un recurso disponible, detiene la ejecución quedando en espera activa (o durmiendo) hasta que el valor del semáforo sea positivo, en cuyo caso lo reclama inmediatamente decrementándolo. V es la operación inversa: hace disponible un recurso después de que el proceso ha terminado de usarlo. Las operaciones P y V han de ser indivisibles (o atómicas), lo que quiere decir que cada una de las operaciones no debe ser interrumpida en medio de su ejecución.

La operación V es denominada a veces subir el semáforo (up) y la operación P se conoce también como bajar el semáforo (down), y también son llamadas signal y wait o soltar y tomar.

Para evitar la espera activa, un semáforo puede tener asociada una cola de procesos (normalmente una cola FIFO). Si un proceso efectúa una operación P en un semáforo que tiene valor cero, el proceso es detenido y añadido a la cola del semáforo. Cuando otro proceso incrementa el semáforo mediante la operación V y hay procesos en la cola asociada, se extrae uno de ellos (el primero que entró en una cola FIFO) y se reanuda su ejecución.

Other Languages