Mutex
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In informatica il termine mutex (contrazione dell'inglese mutual exclusion, mutua esclusione) indica un procedimento di sincronizzazione fra processi o thread concorrenti, con il quale si impedisce che più task paralleli accedano contemporaneamente ai dati in memoria o ad altre risorse soggette a race condition (o corsa critica). Questo concetto riveste importanza fondamentale nella programmazione parallela e soprattutto per i sistemi di transazione.
Indice |
[modifica] Condizioni
Affinché sia possibile la mutua esclusione occorrono 4 condizioni:
- un solo processo o thread accede alla regione critica;
- nessuna assunzione sulla velocità dei processi;
- nessun processo fuori dalla sezione critica può impedire ad un altro di entrare;
- accesso alla sezione critica consentito in un tempo definito.
[modifica] Tecnica
Per realizzare l'esclusione reciproca si assegna ad un oggetto o porzione di programma (sezione critica) un elemento che va sempre controllato prima che un processo o thread possa eseguire istruzioni sull'oggetto stesso. Se un processo o thread sta già accedendo all'oggetto, tutti i successivi devono aspettare che il primo finisca. Gli oggetti mutex utilizzati per coordinare processi diversi devono essere di per sé accessibili a tutti i processi coinvolti, il che implica necessariamente l'uso di memoria condivisa, oppure gestita direttamente dal sistema operativo.
[modifica] Implementazioni
L'implementazione più comune dei mutex fa uso di monitor, ma lo stesso risultato si può ottenere anche per mezzo di semplici lock o semafori. È spesso possibile migliorare la tecnica di accesso con l'ausilio di lock read/write che consentono un numero illimitato di accessi in lettura ma uno solo in scrittura. Questa tecnica è impiegata soprattutto per regolare l'accesso ai file e alle banche dati.
Per implementare un mutex in maniera efficiente è necessario che il sistema operativo offra uno scheduler adatto. Senza questa predisposizione, ed in particolare su molti sistemi operativi real-time, bisogna ricorrere a spinlock che però riducono l'efficienza del multitasking poiché utilizzano il processore durante le attese.
[modifica] Supporto
Alcuni linguaggi di programmazione offrono la tecnica mutex come parte del linguaggio stesso, in particolare Ada, Java e i linguaggi di programmazione .NET. Per quasi tutti gli altri linguaggi esistono librerie che implementano il sistema mutex. Questo può essere integrato come parte dell'API o dell'ambiente runtime.
[modifica] Problematiche
L'esclusione reciproca comporta il rischio di deadlock, situazione in cui più task si bloccano vicendevolmente e nessuno può più proseguire (starvation). Il problema dei filosofi a cena è un esempio di questa circostanza. Esistono algoritmi speciali per raggirare questo inconveniente (algoritmo di Peterson, algoritmo di Dekker) che si può facilmente evitare ponendo cura alla programmazione.
