synchronisatiemechanisme

Een synchronisatiemechanisme is een middel om gelijktijdige processen of gebeurtenissen te coördineren, zodat de uitvoering voorspelbaar blijft en de gegevensintegriteit gewaarborgd is. Ze komen voor in software met meerdere threads, in besturingssystemen die gedeelde bronnen beheren en in gedistribueerde systemen die gebeurtenissen uitwisselen of klokken afstemmen.

Synchronisatie kan hardwarematig of softwarematig plaatsvinden. Hardwarematige mechanismen omvatten geheugenbarrières en atomische operaties die de volgorde van geheugenwijzigingen afdwingen. Softwarematige synchronisatie bestaat uit primitieve zoals mutexen, semaforen, monitoren, spinlocks en barrières, vaak aangevuld met voorwaardelijke variabelen en lezers-schrijferslocks.

Belangrijke synchronisatiemechanismen zijn onder meer: mutexen, die exclusieve toegang tot een gedeelde bron verschaffen; semaforen, die tellers gebruiken om toegang te regelen; spinlocks, waarbij een thread actief wacht op vrijgave; barrières, die meerdere threads tot een punt samenbrengen; conditionele variabelen, die wachten op specifieke toestanden; en lezers-schrijferslocks, die lezers toelaten parallel toegang terwijl schrijfbewerkingen exclusief zijn. Daarnaast spelen atomische variabelen en geheugenbarrières een rol bij het garanderen van consistente updates op meerdere cores.

Kernconcepten zijn de happens-before-relatie, geheugenordering en zichtbaarheid van writes, evenals garanties voor voortgang en mogelijkheidsproblemen zoals deadlocks, livelocks en starvation.

Toepassingen bevinden zich op zowel software- als systeemniveau: het coördineren van threads in programma’s, het beheren van toegang tot gedeelde bronnen in besturingssystemen en het afstemmen van kloksynchronisatie in gedistribueerde systemen. Voor klok- en gebeurtenisordering worden logische klokken (zoals Lamport-klokken) en vector clocks toegepast; tijdsynchronisatie gebeurt onder meer met NTP.