A exclusão mútua é um conceito fundamental em ciência da computação e engenharia de software que diz respeito ao acesso seguro e protegido de recursos partilhados ou secções críticas num sistema multi-threaded ou concorrente. É o processo de garantir que apenas um processo ou thread pode aceder a um recurso partilhado ou a uma secção crítica de cada vez. Quando um processo ou thread está a aceder a um recurso partilhado ou a uma secção crítica, os outros processos ou threads têm de esperar que esse processo ou thread conclua a sua tarefa antes de acederem a esse recurso ou secção. A exclusão mútua garante a correcção e a consistência do sistema, evitando condições de corrida, bloqueios e outros problemas que possam surgir devido ao acesso simultâneo a recursos partilhados.
As regiões críticas referem-se a secções de código ou estruturas de dados que são acedidas por várias threads ou processos. Essas regiões devem ser protegidas do acesso simultâneo para evitar inconsistências e outros problemas. Os algoritmos de exclusão mútua são utilizados para proteger as regiões críticas e evitar condições de corrida. As secções críticas são identificadas pelos programadores e são normalmente marcadas utilizando primitivas de sincronização, como bloqueios ou semáforos. A utilização de primitivas de sincronização garante que apenas um thread ou processo pode aceder a uma secção crítica num dado momento.
A função dos algoritmos de exclusão mútua é garantir que apenas um thread ou processo possa executar uma secção crítica de cada vez. Existem vários algoritmos de exclusão mútua, incluindo algoritmos baseados em software e algoritmos baseados em hardware. Os algoritmos baseados em software incluem o algoritmo de Peterson, o algoritmo de Dekker e o algoritmo de Lamport. Os algoritmos baseados em hardware incluem bloqueios de rotação e instruções de teste e configuração. Estes algoritmos funcionam fornecendo um mecanismo para que os segmentos ou processos solicitem acesso a uma secção crítica e, em seguida, concedendo acesso apenas a um segmento ou processo de cada vez.
A região crítica estatística refere-se a uma região em que é provável que dois ou mais processos ou threads acedam ao mesmo recurso ou secção crítica ao mesmo tempo. Essa situação pode levar a condições de corrida, deadlocks e outros problemas. Os algoritmos de exclusão mútua foram concebidos para resolver este problema, garantindo que apenas um thread ou processo pode aceder à secção crítica de cada vez.
Desactivar as interrupções para implementar a exclusão mútua não é uma solução viável porque pode levar à instabilidade do sistema e a outros problemas. Desactivar as interrupções pode fazer com que o sistema deixe de responder e pode também levar a inconsistências no sistema. Em vez disso, são utilizados algoritmos de exclusão mútua para proteger as secções críticas e garantir que apenas um thread ou processo pode aceder à secção crítica de cada vez.
Os algoritmos de exclusão mútua garantem a equidade no acesso à secção crítica, utilizando um mecanismo para conceder acesso a threads ou processos de forma justa e ordenada. Por exemplo, alguns algoritmos usam uma fila para garantir que threads ou processos tenham acesso à seção crítica na ordem em que solicitaram acesso. Isto assegura que todas as threads ou processos têm uma oportunidade igual de aceder à secção crítica e impede que uma thread ou processo monopolize o acesso à secção crítica.
Em conclusão, a exclusão mútua é um conceito fundamental em ciências informáticas e engenharia de software que garante o acesso seguro a recursos partilhados ou a secções críticas num sistema multithread ou concorrente. Os algoritmos de exclusão mútua são utilizados para proteger regiões críticas e evitar condições de corrida, bloqueios e outros problemas que possam surgir devido ao acesso simultâneo a recursos partilhados. Estes algoritmos garantem a equidade no acesso à secção crítica e asseguram a correcção e consistência do sistema.
Nos sistemas operativos, uma região crítica refere-se a uma secção de código que requer acesso exclusivo a um recurso partilhado, como a memória ou um dispositivo. É crítica porque se dois ou mais processos acederem em simultâneo à mesma região crítica, isso pode levar a condições de corrida, inconsistências de dados e outros problemas. Para garantir o acesso seguro a regiões críticas, técnicas de exclusão mútua, como semáforos, bloqueios e monitores, são usadas para sincronizar o acesso e evitar conflitos.
Em um algoritmo de eleição, a etapa usada é garantir que apenas um processo seja selecionado como líder ou coordenador. Isso normalmente é feito fazendo com que cada processo envie uma mensagem a todos os outros processos com um identificador mais alto e, se nenhum identificador mais alto for recebido, o processo se declara líder. O algoritmo de eleição é normalmente utilizado em sistemas distribuídos para garantir a existência de um único ponto de coordenação e de tomada de decisões.