Таким чином, було порушено принцип взаємного виключення, що потенційно може призвести до небажаних наслідків. Щоб уникнути таких ситуацій у системі команд багатьох комп'ютерів передбачена єдина, неподільна команда аналізу та присвоєння значення логічної змінної (наприклад, команди ВТС, ВТК і ВТ5 процесора Реntium). При відсутності такої команди в процесорі відповідні дії повинні реалізовуватися спеціальними системними примітивами (примітив - базова функція ОС), які б забороняли переривання протягом всієї операції перевірки та установки. Реалізація взаємного виключення описаним вище способом має істотний недолік: протягом часу, коли один потік знаходиться в критичній секції, інший потік, якому потрібно той же ресурс, отримавши доступ до процесора, буде безупинно опитувати блокуючу змінну, марно витрачаючи виділяється йому процесорний час, який могло б бути використане для виконання якого-небудь іншого потоку. Для усунення цього недоліку в багатьох ОС передбачаються спеціальні системні виклики для роботи з критичними секціями.
Семафори (semaphore) - це основний метод синхронізації. Він, по суті, є найбільш загальним методом синхронізації процесів. У класичному визначенні семафор являє собою цілу змінну, значення якої більше нуля, тобто просто лічильник. Зазвичай семафор инициализируется на початку програми 0 або 1. Семафори, які можуть приймати лише значення 0 і 1, називаються двійковими. Над семафорами визначені дві операції - signal і wait . Операція signal збільшує значення семафора на 1, а викликав її процес продовжує свою роботу. Операція wait призводить до різних результатів, залежно від поточного значення семафора. Якщо його значення більше 0, воно зменшується на 1, і процес, що викликав операцію wait , може продовжуватися. Якщо семафор має значення 0, то процес, що викликав операцію wait , призупиняється (ставиться в чергу до семафора) до тих пір, поки значення відповідного семафора не збільшиться іншим процесом за допомогою операції signal . Тільки після цього операція wait припиненого процесу завершується (зі зменшенням значення семафора), а призупинений процес триває. Важливо, що перевірка і зменшення значення семафора в операції wait виконуються за один крок. Операційна система не може перервати виконання операції wait між перевіркою і зменшенням значення.
Операція wait для семафора має таке ж функціональне значення, що й інструкція test_and_set . Якщо кілька процесів чекають одного і того ж семафора, то після виконання операції signal тільки один з них може продовжити свій розвиток. Залежно від реалізації процеси можуть чекати в черзі, впорядкованої або за принципом FIFO (Firstln, FirstOut - першим увійшов, першим вийшов), або відповідно до пріоритетів, або вибиратися випадковим чином. Назви керуючої структури «семафор» та операцій signal і wait мають очевидну мнемонічне значення. У літературі замість signal і wait застосовуються й інші назви з тим же самим функціональним змістом. За допомогою семафорів проблема захисту ресурсів вирішується таким чином:...
