Synkronointimekanismit

Synkronointimekanismit ovat ohjelmoinnissa käytettyjä keinoja koordinoida rinnakkaisten toimintojen suoritusta. Niiden tavoitteena on estää kilpailevan pääsyn jaettuihin resursseihin, varmistaa oikea suoritusjärjestys sekä ylläpitää muistissa olevaa eheyttä ja johdonmukaisuutta. Käytännössä ne auttavat estämään kilpailutilanteita, väärän järjestyksen aiheuttamia virheitä sekä deadlock-tilanteita.

Ne voidaan jakaa useisiin ryhmiin. Yleisimpiä ovat mutual exclusion -työkalut kuten lukot (mutex), binaariset semaforit ja monitorit, jotka rajoittavat yhtä aikaa käytössä olevien säikeiden pääsyä kriittisiin osiin. Koordinoivat rakenteet kuten barrierit sekä ehdolliset muuttujat (condition variables) mahdollistavat säikeiden synkronoinnin ja odottamisen tietojen tai tilan toteutumisen mukaan. Atomiset operaatiot sekä muistibarrierit auttavat varmistamaan muistissa tapahtuvien lukujen ja kirjoitusten oikean järjestyksen ilman erillistä lukon käyttöä.

Alakohtaisia esimerkkejä ovat mutex-lukot, spinlockit, luku-kirjoituslukot sekä erilaiset semaforit ja condition variables ohjelmointikielissä tai kirjastoissa. Korkeamman tason rakenteita ovat monitorit ja yhteiset synkronointiominaisuudet, jotka integroituvat osaksi olio- tai moduulipohjaista ohjelmointia. Monissa järjestelmissä käytetään myös atomisia operaatioita ja muistibarriereita suorituskyvyn parantamiseksi sekä oikean muistisäätelyn varmistamiseksi.

Käytännön sovelluksissa synkronointimekanismeja käytetään sekä rinnakkaisissa ohjelmissa että hajautetuissa järjestelmissä, joissa on erillisiä prosesseja tai palvelimia. Haasteita ovat deadlock, liveness-ongelmat ja suorituskyvyn kustannukset sekä muistijärjestyksen hallinta.

Näytteet: Lamportin kellot, vektorikellot, Paxos ja Raft hajautetuissa järjestelmissä; NTP ja PTP ajan synkronointiin verkossa; muistijärjestysvaatimukset ja synkronointibaarit ohjelmointikieltä riippuen.

Katso myös: mutkuttumat, lukot, semaforit, condition variables, barrierit, Lamportin kellot, Raft, Paxos, NTP, PTP.