Questão de Sistemas Operacionais — Geral — FGV 2024

Sincronização: Semáforos e Mutexes

Gabarito: letra B. Apenas a afirmativa II está correta: mutexes são projetados para garantir exclusão mútua, ou seja, que apenas uma thread acesse um recurso compartilhado por vez. A afirmativa I erra ao limitar o contador de um semáforo a 0, 1 ou 2 (na verdade, ele pode assumir qualquer valor inteiro não negativo), e a afirmativa III inverte a relação entre os conceitos: o mutex é que é uma versão simplificada (binária) do semáforo, e não o contrário.

Para entender a questão, é preciso dominar dois mecanismos clássicos de sincronização entre threads e processos: o semáforo e o mutex (abreviação de mutual exclusion). Ambos resolvem o mesmo problema de fundo — impedir que duas ou mais threads entrem simultaneamente em uma região crítica (trecho de código que acessa um recurso compartilhado) — mas com modelos diferentes.

O semáforo, proposto por Dijkstra, é uma variável inteira não negativa que controla o acesso a um ou mais recursos. Ele possui duas operações atômicas: down (também chamada wait ou P), que decrementa o contador e, se ele ficar negativo, bloqueia a thread; e up (também chamada signal ou V), que incrementa o contador e, se houver threads bloqueadas, acorda uma delas. O valor inicial do contador define quantos recursos estão disponíveis: se for 1, temos um semáforo binário (que só assume 0 ou 1); se for maior que 1, temos um semáforo contador, que pode controlar um conjunto de recursos idênticos. Um exemplo clássico é o controle de vagas de um estacionamento: o contador inicia com o número total de vagas; cada carro que entra executa down (consome uma vaga) e cada carro que sai executa up (libera uma vaga). Se o estacionamento lotar, o contador chega a zero e os próximos carros ficam bloqueados até que uma vaga seja liberada.

O mutex é uma simplificação do semáforo: é um semáforo binário, cujo contador só assume dois valores — livre (1) ou ocupado (0). Ele é usado exclusivamente para garantir exclusão mútua: apenas uma thread pode manter o mutex travado por vez. As operações típicas são lock (travar) e unlock (destravar). A grande diferença prática é que o mutex tem um dono: a thread que o travou é a única que pode destravá-lo, enquanto o semáforo pode ser liberado por qualquer thread (não há dono). Além disso, o mutex não possui contador para múltiplos recursos — ele é binário por definição.

A pegadinha da questão está justamente na relação de generalização entre os dois conceitos. O texto de apoio é claro ao afirmar que os mutexes são "uma versão simplificada de semáforos, na qual o contador só assume dois valores possíveis: livre (1) ou ocupado (0)". Portanto, o semáforo é o conceito mais geral (pode ser binário ou contador), e o mutex é o caso particular (binário). A afirmativa III inverte essa hierarquia ao dizer que o mutex é uma generalização do semáforo — exatamente o oposto do que a teoria estabelece.

Guarde a fronteira entre os dois: semáforo = contador genérico (0, 1, 2, 3...) e mutex = contador binário (0 ou 1). É nessa distinção que as afirmativas I e III se separam da II.

Item I — ❌ Incorreto

A afirmativa afirma que "por definição, semáforos possuem um contador, cujos valores podem ser 0, 1 ou 2". Isso é falso. O contador de um semáforo pode assumir qualquer valor inteiro não negativo (0, 1, 2, 3, ...), dependendo do número de recursos que ele controla. O valor 2 é apenas um exemplo possível, não uma limitação. O texto de apoio ilustra um semáforo inicializado com 100 (controle de vagas de estacionamento), o que demonstra que o contador não se restringe a 0, 1 ou 2. A confusão provavelmente vem do fato de que o mutex (semáforo binário) só assume 0 ou 1, mas isso não se aplica ao semáforo genérico.

Item II — ✅ Correto ⟵ GABARITO

A afirmativa está correta: "mutexes são projetados para garantir que apenas uma thread possa acessar um recurso compartilhado por vez". Essa é a definição exata de exclusão mútua, o propósito central do mutex. O texto de apoio confirma que o mutex é um semáforo binário (contador 0 ou 1) usado como trava (lock): quando uma thread executa lock, o mutex passa a 0 (ocupado) e as demais threads que tentarem lock ficam bloqueadas até que a thread dona execute unlock, devolvendo o mutex a 1 (livre). Isso garante que, em qualquer instante, no máximo uma thread esteja dentro da seção crítica protegida pelo mutex.

Item III — ❌ Incorreto

A afirmativa diz que "mutexes podem ser considerados uma generalização de semáforos, por conta da maior flexibilidade do contador de um mutex". Há dois erros aqui. Primeiro, a relação é inversa: o semáforo é a generalização (pode ser binário ou contador), e o mutex é o caso particular (semáforo binário). Segundo, o contador do mutex não é mais flexível — é menos flexível, pois só assume dois valores (0 ou 1), enquanto o semáforo pode assumir qualquer valor inteiro não negativo. O texto de apoio é explícito: os mutexes são "uma versão simplificada de semáforos, na qual o contador só assume dois valores possíveis: livre (1) ou ocupado (0)". Portanto, a afirmativa inverte tanto a relação de generalização quanto a flexibilidade do contador.

Gabarito: letra B — apenas o item II está correto.