Ở cấp độ lý thuyết, chúng không khác nhau về mặt ngữ nghĩa. Bạn có thể thực hiện một mutex bằng semaphores hoặc ngược lại (xem ví dụ ở đây ). Trong thực tế, việc thực hiện là khác nhau và họ cung cấp các dịch vụ hơi khác nhau.
Sự khác biệt thực tế (về các dịch vụ hệ thống xung quanh chúng) là việc triển khai một mutex nhằm mục đích trở thành một cơ chế đồng bộ hóa nhẹ hơn. Trong oracle-speak, mutexes được gọi là chốt và semaphores được gọi là chờ đợi .
Ở cấp độ thấp nhất, họ sử dụng một số loại thử nghiệm nguyên tử và cơ chế thiết lập . Điều này đọc giá trị hiện tại của một vị trí bộ nhớ, tính toán một số loại điều kiện và viết ra một giá trị tại vị trí đó trong một lệnh duy nhất không thể bị gián đoạn . Điều này có nghĩa là bạn có thể có được một mutex và kiểm tra xem có ai khác có nó trước bạn không.
Một triển khai mutex điển hình có một quy trình hoặc luồng thực hiện lệnh test-and-set và đánh giá xem có thứ gì khác đã đặt mutex không. Một điểm quan trọng ở đây là không có sự tương tác với bộ lập lịch , vì vậy chúng tôi không có ý tưởng (và không quan tâm) người đã đặt khóa. Sau đó, chúng tôi hoặc từ bỏ lát cắt thời gian của mình và thử lại khi tác vụ được lên lịch lại hoặc thực hiện khóa xoay . Khóa xoay là một thuật toán như:
Count down from 5000:
i. Execute the test-and-set instruction
ii. If the mutex is clear, we have acquired it in the previous instruction
so we can exit the loop
iii. When we get to zero, give up our time slice.
Khi chúng tôi thực hiện xong mã được bảo vệ của chúng tôi (được gọi là phần quan trọng ), chúng tôi chỉ đặt giá trị mutex thành 0 hoặc bất cứ điều gì có nghĩa là 'rõ ràng'. Nếu nhiều tác vụ đang cố gắng để có được mutex, thì tác vụ tiếp theo sẽ được lên lịch sau khi mutex được phát hành sẽ có quyền truy cập vào tài nguyên. Thông thường, bạn sẽ sử dụng mutexes để kiểm soát tài nguyên được đồng bộ hóa, nơi chỉ cần truy cập độc quyền trong khoảng thời gian rất ngắn, thông thường để thực hiện cập nhật lên cấu trúc dữ liệu được chia sẻ.
Một semaphore là một cấu trúc dữ liệu được đồng bộ hóa (thường sử dụng một mutex) có số đếm và một số trình bao bọc cuộc gọi hệ thống tương tác với bộ lập lịch ở độ sâu hơn một chút so với các thư viện mutex. Semaphores được tăng lên và giảm dần và được sử dụng để chặn các nhiệm vụ cho đến khi một cái gì đó khác đã sẵn sàng. Xem Vấn đề về Nhà sản xuất / Người tiêu dùng để biết ví dụ đơn giản về điều này. Semaphores được khởi tạo cho một số giá trị - một semaphore nhị phân chỉ là một trường hợp đặc biệt trong đó semaphore được khởi tạo thành 1. Đăng lên một semaphore có tác dụng đánh thức một quá trình chờ đợi.
Một thuật toán semaphore cơ bản trông giống như:
(somewhere in the program startup)
Initialise the semaphore to its start-up value.
Acquiring a semaphore
i. (synchronised) Attempt to decrement the semaphore value
ii. If the value would be less than zero, put the task on the tail of the list of tasks waiting on the semaphore and give up the time slice.
Posting a semaphore
i. (synchronised) Increment the semaphore value
ii. If the value is greater or equal to the amount requested in the post at the front of the queue, take that task off the queue and make it runnable.
iii. Repeat (ii) for all tasks until the posted value is exhausted or there are no more tasks waiting.
Trong trường hợp của một semaphore nhị phân, sự khác biệt thực tế chính giữa hai là bản chất của các dịch vụ hệ thống xung quanh cấu trúc dữ liệu thực tế.
EDIT: Như evan đã chỉ ra một cách đúng đắn, spinlocks sẽ làm chậm một bộ vi xử lý. Bạn sẽ chỉ sử dụng một spinlock trên hộp đa bộ xử lý vì trên một bộ xử lý duy nhất, quá trình giữ mutex sẽ không bao giờ thiết lập lại nó trong khi một tác vụ khác đang chạy. Spinlocks chỉ hữu ích trên các kiến trúc đa bộ xử lý.