طرد متقابل یک اصل در محاسبات همزمان است که تضمین می کند دو یا چند فرآیند به طور همزمان به یک منبع مشترک یا بخش مهم یک برنامه دسترسی ندارند. این تضمین می کند که تنها یک فرآیند در یک زمان می تواند یک بخش مهم را اجرا کند یا داده های مشترک را دستکاری کند.
تاریخچه پیدایش طرد متقابل و اولین ذکر آن
مفهوم طرد متقابل در اوایل دهه 1960 مطرح شد. EW Dijkstra، دانشمند کامپیوتر پیشگام، راه حلی مبتنی بر نرم افزار را برای این مشکل پیشنهاد کرد که اطمینان حاصل شود که تنها یک فرآیند می تواند به منابع مشترک در یک زمان دسترسی داشته باشد. این امر منجر به توسعه الگوریتم‌ها و پروتکل‌هایی برای مدیریت فرآیندهای همزمان شد و مفهومی اساسی در علم کامپیوتر و سیستم‌های عامل را به وجود آورد.
اطلاعات تفصیلی در مورد محرومیت متقابل
هدف طرد متقابل جلوگیری از تضادها و ناسازگاری‌هایی است که زمانی ایجاد می‌شوند که چندین فرآیند سعی می‌کنند به منابع مشترک دسترسی یا اصلاح کنند. این نقش حیاتی در عملکرد مناسب برنامه های کاربردی چند رشته ای و سیستم های توزیع شده ایفا می کند.
مفاهیم و اصول
- محرومیت: فقط یک فرآیند در هر زمان می تواند وارد بخش بحرانی شود.
- رهایی از بن بست: فرآیندها نباید در حالتی باشند که به طور نامحدود منتظر یکدیگر باشند.
- رهایی از گرسنگی: هر فرآیندی که درخواست دسترسی می کند باید در نهایت اجازه ورود به بخش بحرانی را داشته باشد.
الگوریتم های رایج
- الگوریتم دایکسترا
- الگوریتم پترسون
- الگوریتم نانوایی لامپورت
- سمافورها
ساختار درونی طرد متقابل
عملیات طرد متقابل شامل اجزای مختلفی است که برای رسیدن به هدف با هم کار می کنند.
الگوریتم ها و پروتکل ها
الگوریتم‌ها و پروتکل‌های مختلف حذف متقابل را اعمال می‌کنند و اغلب از مکانیسم‌های قفل، پرچم‌ها و سمافورها استفاده می‌کنند.
قفلها و کلیدها
قفل کردن یک مفهوم اساسی در طرد متقابل است، جایی که یک فرآیند یک منبع را هنگام استفاده از آن قفل می کند و پس از انجام آن قفل آن را باز می کند.
تکنیک های همگام سازی
تکنیک های هماهنگ سازی مختلفی مانند قفل های چرخشی، mutexes و سمافورها برای رسیدگی به مشکل بخش بحرانی استفاده می شود.
تجزیه و تحلیل ویژگی های کلیدی طرد متقابل
- انزوا: تضمین می کند که یک فرآیند با عملکرد دیگری در بخش بحرانی تداخلی ایجاد نمی کند.
- کنترل همزمانی: مدیریت اجرای همزمان فرآیندها را فراهم می کند.
- نیرومندی: امکان تحمل خطا و بازیابی را فراهم می کند.
- بهره وری: امکان استفاده کارآمد از منابع را فراهم می کند.
انواع طرد متقابل
در اینجا انواع مختلفی از مکانیسم های حذف متقابل وجود دارد:
| تایپ کنید | شرح |
|---|---|
| اسپینلاک | یک فرآیند به طور مکرر قفل را بررسی می کند تا زمانی که در دسترس قرار گیرد. |
| موتکس | از مکانیسم‌های قفل استفاده می‌کند و تنها به یک نخ اجازه می‌دهد وارد بخش بحرانی شود. |
| سمافور | شکل کلی تر mutex، با استفاده از سیگنالینگ و شمارنده. |
| قفل خواننده-نویسنده | به چندین خواننده یا یک نویسنده اجازه می دهد به منبع دسترسی داشته باشند. |
راه های استفاده از طرد متقابل، مشکلات و راه حل های آنها
استفاده
- چند رشته ای
- کنترل همزمانی پایگاه داده
- سیستم های توزیع شده
چالش ها و مسائل
- بن بست ها
- گرسنگی
- وارونگی اولویت
راه حل ها
- تایم اوت ها
- تقویت اولویت
- سلسله مراتب قفل
ویژگی های اصلی و مقایسه با اصطلاحات مشابه
مقایسه مکانیسم های حذف متقابل:
| امکانات | موتکس | سمافور | اسپینلاک |
|---|---|---|---|
| بهره وری | در حد متوسط | بالا | کم |
| پیچیدگی | کم | در حد متوسط | بالا |
| قابلیت کاربرد | منبع واحد | منابع متعدد | مشغول انتظار |
دیدگاه ها و فناوری های آینده مرتبط با طرد متقابل
آینده طرد متقابل احتمالاً با فناوری های نوظهور مانند محاسبات کوانتومی، محاسبات لبه و پیشرفت در هوش مصنوعی شکل خواهد گرفت. این فناوری‌ها به توسعه الگوریتم‌ها و مکانیسم‌های حذف متقابل پیچیده‌تر نیاز دارند.
چگونه می توان از سرورهای پروکسی استفاده کرد یا با حذف متقابل مرتبط شد
سرورهای پراکسی مانند OneProxy ممکن است از اصول محرومیت متقابل برای مدیریت موثر اتصالات و درخواست‌های همزمان استفاده کنند. سرورهای پروکسی با اطمینان از اینکه تنها یک فرآیند می تواند یک منبع یا اتصال خاص را در یک زمان مدیریت کند، می تواند از تضادها جلوگیری کند، امنیت را افزایش دهد و عملکرد را بهبود بخشد.
