busy waiting

انتظار مشغول: انتظار هدر في عالم الحوسبة

في عالم الحوسبة السريع، الكفاءة هي المفتاح. كل مللي ثانية مهمة، ويجب أن يعمل المعالج باستمرار على مهام مفيدة. ومع ذلك، هناك أوقات قد تجد فيها البرامج نفسها عالقة في حالة من **الانتظار المشغول**. وهذا هو السيناريو الذي يتحقق فيه المعالج مرارًا وتكرارًا من شرط معين، في انتظار تحققه، دون أداء أي عمل مفيد آخر.

تخيل سيناريو تحتاج فيه برنامج إلى الوصول إلى مورد مشترك، مثل طابعة. يمكن استخدام هذا المورد فقط من قبل برنامج واحد في المرة الواحدة، لذا يتم تنفيذ قفل لمنع برامج متعددة من الوصول إليه في وقت واحد. عندما يواجه برنامج موردًا مقفلًا، يكون لديه خياران رئيسيان:

1. **الانتظار المشغول:** يتحقق البرنامج مرارًا وتكرارًا من توفر القفل. وهذا يتضمن قراءة حالة القفل باستمرار والتكرار مرة أخرى إذا كان لا يزال مقفلًا. يمكن أن تكون هذه "الحلقة المشغولة" بسيطة للغاية، حيث تتكون أحيانًا من تعليمتين أو ثلاث تعليمات فقط.

2. **النوم:** بدلاً من التحقق باستمرار، يعلق البرنامج تنفيذه مؤقتًا، مما يسمح للمعالج بالعمل على مهام أخرى. بمجرد إطلاق القفل، يتم إيقاظ البرنامج ويمكنه الوصول إلى المورد.

**لماذا يعتبر الانتظار المشغول هدرًا؟**

على الرغم من بساطته الظاهرية، فإن الانتظار المشغول له عيوب كبيرة:

• **استخدام عالي لوحدة المعالجة المركزية:** بينما يكون البرنامج عالقًا في الحلقة، فإنه يستهلك دورات وحدة المعالجة المركزية القيّمة التي يمكن استخدامها لمهام أخرى. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تدهور أداء النظام بشكل عام.
• **زيادة استهلاك الطاقة:** يشمل الانتظار المشغول التحقق من القفل باستمرار، مما يُترجم إلى استهلاك طاقة أعلى مقارنة بالنوم، حيث يمكن وضع المعالج في حالة منخفضة الطاقة.
• **التأخيرات غير الضرورية:** قد تنتظر برامج أخرى الوصول إلى نفس المورد. يمنعهم الانتظار المشغول من القيام بذلك بكفاءة، لأنهم قد يعلقون أيضًا في حلقة مماثلة.

**بدائل للانتظار المشغول**

لحسن الحظ، هناك بدائل أفضل للانتظار المشغول:

• **النوم:** كما ذكرنا سابقًا، يمكن للبرنامج تعليق تنفيذه حتى يصبح القفل متاحًا. يسمح ذلك لوحدة المعالجة المركزية بالعمل على مهام أخرى، مما يحسن كفاءة النظام.
• **الإشارات:** الإشارات هي آلية مزامنة تسمح للبرامج بالانتظار لحالة معينة (مثل توفر مورد) دون التحقق باستمرار.
• **أقفال الدوران:** على الرغم من عدم كفاءتها مثل النوم، فإن أقفال الدوران يمكن أن تكون مفيدة في بعض السيناريوهات التي تكون فيها فترة الكمون حاسمة. بدلاً من التحقق من القفل باستمرار، فإنها تتحقق منه فقط على فترات زمنية محددة، مما يقلل من التأثير على استخدام وحدة المعالجة المركزية.

**خاتمة**

قد يبدو الانتظار المشغول حلًا سهلاً للوهلة الأولى، لكن عواقبه السلبية يمكن أن تؤثر بشكل كبير على أداء النظام واستهلاك الطاقة. من المهم تجنب الانتظار المشغول كلما أمكن ذلك والاختيار آليات أكثر كفاءة مثل النوم أو الإشارات أو أقفال الدوران. باستخدام هذه التقنيات، يمكننا التأكد من أن برامجنا تعمل بسلاسة وكفاءة، باستخدام موارد وحدة المعالجة المركزية القيّمة بحكمة.