In einem Betriebssystem ist eine Barriere eine Synchronisationsprimitive, die sicherstellt, dass eine Reihe von Threads oder Prozessen einen bestimmten Punkt in ihrer Ausführung erreichen, bevor eine von ihnen über diesen Punkt hinausgehen darf. Stellen Sie sich es wie ein Tor vor:Jeder muss am Tor ankommen, bevor es sich öffnet, sodass jeder gleichzeitig vorgehen kann (oder abhängig von der spezifischen Implementierung der Barriere koordiniert).
Hier ist eine Aufschlüsselung:
* Zweck: Barrieren verhindern Rennbedingungen und stellen sicher, dass bestimmte Operationen auch bei gleichzeitiger Ausführung in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden. Dies ist besonders wichtig, wenn Sie mit gemeinsamen Ressourcen oder Daten befassen, bei denen die Reihenfolge der Operationen für die Korrektheit von Bedeutung ist.
* Wie es funktioniert: Jeder Thread/Prozess, der am Barriere teilnimmt, ruft eine Barrierefunktion auf. Diese Funktion blockiert den Thread, bis eine bestimmte Anzahl von Threads/Prozessen die Barrierefunktion aufgerufen hat. Sobald diese Anzahl erreicht ist, werden alle wartenden Threads/Prozesse gleichzeitig freigegeben (oder nach einer definierten Strategie).
* Anwendungsfälle:
* Parallele Berechnungen: Häufig in parallelen Algorithmen verwendet, bei denen eine Gruppe von Threads unabhängige Berechnungen durchführen und dann synchronisieren müssen, bevor sie ihre Ergebnisse kombinieren.
* mehrstufige Pipelines: Wird in der Pipeline -Verarbeitung verwendet, wobei eine Stufe auf alle vorherigen Phasen wartet, bevor sie beginnen.
* Synchronisation in Simulationen: Stellt sicher, dass verschiedene Teile einer Simulation synchronisiert werden.
* Arten von Barrieren:
* Einfache Barriere: Eine grundlegende Barriere, bei der alle Fäden/Prozesse die Barriere erreichen müssen, bevor eine vorgehen kann.
* Zählbarriere: Eine flexiblere Barriere, bei der eine bestimmte Anzahl von Threads/Prozessen (nicht unbedingt alles) die Barriere vor der Freigabe erreichen muss.
* Implementierung: Barrieren können unter Verwendung verschiedener Synchronisationsprimitive wie Semaphoren, Mutexes und Zustandsvariablen implementiert werden. Die spezifische Implementierung hängt vom Betriebssystem und den Anforderungen der Anwendung ab.
Beispielszenario:
Stellen Sie sich einen parallelen Bildverarbeitungsalgorithmus vor, bei dem mehrere Threads jeweils einen Teil des Bildes verarbeiten. Nach jeder Verarbeitungsstufe würde eine Barriere verwendet, um sicherzustellen, dass alle Threads vor Beginn der nächsten Stufe ihre zugewiesenen Teile bearbeitet haben. Dies verhindert, dass eine spätere Phase in unvollständigen Daten arbeitet.
