семафор это что такое фото

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

Да! Точно, точно! По теме железной дороги часто слышал про семафор. У Сергея Михалкова в стихотворении про Дядю Степу машинист у полустанка кочегару говорит: «От вокзала до вокзала сделал рейсов я немало, но готов идти на спор – это новый семафор».

Обратите внимание: не «светофор», а именно «семафор». Так что же, на железных дорогах все таки семафоры?

Семафоры появились на железных дорогах гораздо раньше светофоров, ими регулировали движение поездов еще на заре паровозной эры. Увидеть сегодня в действии семафоры на железных дорогах России практически невозможно, они уходят в историю – почти исчезнувший вид железнодорожной сигнализации, применяемый лишь на отдельных малодеятельных глухих участках наших дорог.

Одним из таких участков является Соблаго – Кувшиново в Тверской области, объявленный в 2013 году заповедной зоной, где на трех небольших станциях Скакулино, Селижарово и Ранцево продолжают и сегодня применяться двукрылые входные семафоры.

Как устроен семафор и как он работает

Семафор представляет собой металлическую мачтовую конструкцию с сигнальными крыльями в верхней ее части. Первые семафоры были деревянными. Окрашен семафор в яркий красный цвет.

У них еще есть сигнальные огни для темного времени суток и этим они чем-то действительно напоминают своих последователей – светофоры. Но днем сигнальные огни семафора не видно, потому что у него нет специальных линз, как у светофоров, там стоят обычные цветные светофильтры и в светлое время суток машинисты руководствуются показаниями именно сигнальных крыльев семафора.

В старину на семафорах вручную зажигали керосиновые лампы, а сейчас используют электрические.

Семафоры бывают двукрылой конструкции и попроще – однокрылыми. Входные двукрылые семафоры, которые сохранились в Тверской области на участке Соблаго – Кувшиново, разрешают или запрещают въезд поезда с перегона на станцию и имеют несколько сигнальных положений:

Два поднятых крыла, как гласит инструкция, под углом 135 градусов к мачте днем и зеленым и желтым огнями ночью, означает, что поезду разрешается следовать на железнодорожную станцию на боковой путь с готовностью остановиться на станции.

Грузовой поезд прибывает на станцию Селижарово. Поезд следует по открытому на два крыла сигналу семафору на боковой путь. Тверская обл., ОКТ ж.д. Фото: Алексей Алексеев

Одно поднятое крыло под углом в 135 градусов к мачте, второе в вертикальном положении параллельно мачте днем или с одним зеленым огнем ночью – входной сигнал открыт, путь свободен, поезд принимается на главный путь на станцию с остановкой.

Входной поднятый на одно крыло семафор на станции Ранцево, Тверская обл., ОКТ ж.д. Фото: Дмитрий Чернов

Горизонтальное положение верхнего крыла, второе в вертикальном положении параллельно мачте днем, ночью – один красный огонь: «стой, запрещается проезжать» сигнал.

Входной двукрылый семафор в закрытом сигнальном положении на станции Ранцево, Тверская обл., ОКТ ж.д. Фото: Алексей Алексеев

Управляет крыльями семафора дежурный стрелочного поста по команде дежурного по станции, поворачивая специальный рычаг, соединенный тросами с крыльями семафора. Входные семафоры, как правило, располагаются на достаточно большом удалении от стрелочного поста на станции, чтобы машинист заранее мог увидеть с перегона, какой сигнал – разрешающий или запрещающий – показывают крылья семафора. Тросы могут тянуться от стрелочного поста к входному семафору порой чуть ли ни на километр.

Нахулиганить на станции и просто так перевести приводной рычаг семафора, чтобы изменить положение крыльев, не получиться, поскольку он оборудован замком Мелентьева. Ключ от замка хранится на посту в так называемом централизаторе, где он блокируется электрическим сигналом, подаваемым от дежурного по станции с центрального поста.

Стрелочный пост на станции Селижарово и приводной рычаг входного семафора. Фото: Алексей Алексеев

Централизатор с ключами на стрелочном посту. Фото из открытых источников.

Приводной рычаг входного семафора с «убегающими» далеко вдаль к семафору гибкими тягами и замком Мелентьева под крышкой с литерой «Н». Станция Скакулино, Тверская обл. ОКТ ж.д. Фото: Алексей Алексеев

Гибкие тяги приводного механизма семафора. Станция Селижарово, Тверская обл., ОКТ ж.д. Фото: Алексей Алексеев

Компенсатор привода гибких семафорных тяг. Станция Селижарово, Тверская обл., ОКТ ж.д. Фото: Алексей Алексеев

Источник

Такие удивительные семафоры

От переводчика: Джефф Прешинг (Jeff Preshing) — канадский разработчик программного обеспечения, последние 12 лет работающий в Ubisoft Montreal. Он приложил руку к созданию таких известных франшиз как Rainbow Six, Child of Light и Assassin’s Creed. У себя в блоге он часто пишет об интересных аспектах параллельного программирования, особенно применительно к Game Dev. Сегодня я бы хотел представить на суд общественности перевод одной из статей Джеффа.

Поток должен ждать. Ждать до тех пор, пока не удастся получить эксклюзивный доступ к ресурсу или пока не появятся задачи для исполнения. Один из механизмов ожидания, при котором поток не ставится на исполнение планировщиком ядра ОС, реализуется при помощи семафора.

Семафор-вышибала

Представьте себе множество потоков ожидающих исполнения, выстроенных в очередь, прямо как очередь перед входом в модный ночной клуб. Семафор — это вышибала перед входом. Он позволяет пройти внутрь клуба только когда ему дают соответствующее указание.

Каждый поток сам решает когда встать в эту очередь. Дейкстра назвал эту операцию P, что наверняка являлось отсылкой к какому-то забавно звучащему голландскому термину, но в современных реализациях семафоров вы, скорее всего, обнаружите только операцию wait. По сути, когда поток вызывает метод wait, он становится в очередь.

Вышибала, т.е. семафор, должен уметь делать только одну операцию. Дейкстра назвал эту операцию V. На сегодняшний день нет согласия в том, как именовать эту операцию. Как правило, можно встретить функции post, release или signal. Я предпочитаю signal. При вызове этого метода семафор «отпускает» из очереди один из ожидающих потоков. (Совсем не обязательно это будет тот же поток, который вызвал wait раньше других.)

А что происходит, если кто-то вызовет signal, когда в очереди нет потоков? Нет проблем: когда какой-либо из потоков вызовет wait, семафор сразу же пропустит этот поток без блокировки. Более того, если signal вызовут 3 раза подряд при пустой очереди, то семафор разрешит следующим трем потокам, вызвавшим wait, миновать очередь без ожидания.

Само собой разумеется, что семафор должен подсчитывать количество вызовов signal при пустой очереди. Поэтому каждый семафор снабжен внутренним счетчиком, значение которого увеличивается при вызове signal и уменьшается при вызове wait.

Прелесть такого подхода в том, что вне зависимости от того в какой очередности вызываются wait и signal, результат всегда будет одним и тем же: семафор всегда пропустит на исполнение одинаковое количество потоков, и в очереди всегда останется одно и то же количество ожидающих.

1. Легковесный мьютекс

Я уже рассказывал, как можно реализовать собственный легковесный мьютекс в одной из предыдущих статей. В то время я не знал, что это только один из примеров применения общего паттерна, основная идея которого заключается в том, чтобы делегировать принятие решений о блокировке потоков некоторой новой сущности — box office. Должен ли текущий поток ждать в очереди? Должен ли он пройти семафор без ожидания? Должны ли мы разбудить какой-то другой поток?

Box office ничего не знает о количестве потоков, ожидающих в очереди, как не знает он и текущее значение внутреннего счетчика семафора. Вместо этого он должен каким-то образом хранить историю собственных состояний. Если мы говорим о реализации легковесного мьютекса, то для хранения истории достаточно одного счетчика с атомарными операциями инкремента и декремента. Я назвал этот счетчик m_contention, т.к. он хранит информацию о том, сколько потоков одновременно желают захватить мьютекс.

Когда поток хочет захватить мьютекс, он обращается к box office, который в свою очередь увеличивает значение m_contention.

Если значение счетчика равно нулю, значит мьютекс находится в неотмеченном состоянии. В этом случае текущий поток автоматически становится владельцем мьютекса, минует семафор без ожидания и продолжает работу в секции кода, защищенной мьютексом.

Если же мьютекс уже захвачен другим потоком, то значение счетчика будет больше нуля и текущий поток должен ожидать своей очереди для входа в критическую секцию.

Когда поток освобождает мьютекс, box office уменьшает значение внутреннего счетчика на единицу:

Если значение счетчика до декремента было меньше 1, значит в очереди нет ожидающих потоков и значение m_contention просто остается равным 0.

Если же значение счетчика было больше 1, значит другой поток или несколько потоков пытались захватить мьютекс, и, следовательно, ожидают своей очереди войти в критическую секцию. В этом случае мы вызываем signal, чтобы семафор разбудил один из потоков и дал ему возможность захватить мьютекс.

Каждое обращение к box office — это атомарная операция. Таким образом, даже если несколько потоков будут вызывать lock и unlock параллельно, они всегда будут обращаться к box office последовательно. Более того, поведение мьютекса полностью определяется внутренним состоянием box office. После обращения к box office, потоки могут вызывать методы семафора в любом порядке, и это никоим образом не нарушит согласованности исполнения. (В худшем случае потоки поборются за место в очереди семафора.)

Данный примитив можно назвать «легковесным», так как он позволяет потоку захватить мьютекс без обращения к семафору, т.е. без совершения системного вызова. Я опубликовал код мьютекса на GitHub под названием NonRecursiveBenaphore, там же есть и рекурсивная версия легковесного мьютекса. Тем не менее, нет предпосылок использовать этим примитивы на практике, т.к. большинство известных реализаций мьютексов и так являются легковесными. Тем не менее, этот код служит необходимой иллюстрацией подхода, который используется для всех прочих примитивов, описанных в данной статье.

2. Легковесная условная переменная

Прим. пер.: в оригинале автор назвал этот примитив Auto-Reset Event Object, однако поисковики по такому запросу выдают ссылки на C# класс AutoResetEvent, поведение которого можно с небольшими допущениями сравнивать с std::condition_variable.

На CppCon 2014 я отметил для себя, что условные переменные широко используются при созднии игровых движков, чаще всего — для уведомления одним потоком другого (возможно находящегося в режиме ожидания) о наличии для него некоторой работы (прим.пер.: в качестве такой работы может выступать задача распаковки графических ресурсов и загрузка их в GL context).

Другими словами, сколько бы раз не вызывался метод signal, внутренний счетчик условной переменной не должен становиться больше 1. На практике это означает, что можно ставить задачи в очередь на исполнение, каждый раз вызывая метод signal. Этот подход работает, даже если для назначения задач на исполнение используется структура данных отличная от queue.

Некоторые ОС предоставляют системные средства для организации условных переменных или их аналогов. Однако, если вы добавляете в очередь несколько тысяч задач за раз, то вызовы метода signal могут сильно повлиять на быстродействие всего приложения.

К счастью, паттерн box office позволяет значительно снизить накладные расходы, связанные с вызовом метода signal. Логика может быть реализована внутри сущности box office при помощи атомарных операций так, чтобы обращение к семафору осуществлялось только тогда, когда необходимо заставить поток ожидать своей очереди.

Я реализовал этот примитив и назвал его AutoResetEvent. На этот раз box office использует другой способ учета количества потоков, ожидающих в очереди. При отрицательном m_status, его абсолютное значение показывает количество потоков ожидающих на семафоре:

В методе signal мы атомарно увеличиваем значение переменной m_status, пока ее значение не достигнет 1:

3. Легковесная read-write блокировка

Используя все тот же паттерн box office мы можем реализовать примитив для read-write блокировок.

Данный примитив не блокирует потоки в отсутствие писателей. Кроме того, он является starvation-free и для писателей и для читателей, и, как и другие примитивы, может временно захватывать spin lock перед тем как заблокировать исполнение текущего потока. Для реализации этого примитива требуются два семафора: один для ожидающих читателей, другой — для писателей.

4. Проблема обедающих философов

При помощи паттерна box office можно решить проблему обедающих философов, причем довольно необычным способом, который мне раньше нигде не встречался. Я не очень-то верю, что предложенное решение окажется полезным для кого-то, так что я не буду вдаваться в детали реализации. Я включил описание этого примитива только для того, чтобы продемонстрировать универсальность семафоров.

Итак, мы назначаем каждому философу (потоку) свой собственный семафор. Box office следит за тем, кто из философов в данный момент принимает пищу, кто из философов попросил начать трапезу и за очередностью этих запросов. Этой информации достаточно, чтобы box office мог провести всех философов через прикрепленные к ним семафоры оптимальным способом.

Я предложил целых две реализации. Одна из них DiningPhilosophers, которая реализует box office, используя мьютекс. Вторая — LockReducedDiningPhilosophers, в которой каждое обращение к box office реализовано в виде lock-free алгоритма.

5. Легковесный семафор

Да, все верно: при помощи паттерна box office и семафора мы можем реализовать… другой семафор.

Зачем нам это делать? Потому что тогда мы получим LightweightSemaphore. У такого семафора очень дешевая операция signal, когда в очереди нет ожидающих потоков. К тому же она не зависит от реализации семафора, предоставляемого ОС. При вызове signal, box office увеличивает значение собственного внутреннего счетчика, не обращаясь к нижележащему семафору.

Кроме того, можно заставить поток некоторое время ожидать в цикле, и лишь потом блокировать его. Этот трюк позволяет снизить накладные расходы связанные с системным вызовом, если время ожидание меньше какого-то наперед заданного значения.

В GitHub репозитории все примитивы реализованы на основе LightweightSemaphore. Этот класс реализован на основе Semaphore, который в свою очередь реализован на базе семафоров, предоставляемых конкретной ОС.

Я прогнал несколько тестов для сравнения скорости работы представленных примитивов при использвании LightweightSemaphore и Semaphore на моем PC под управлением Windows. Соответствующие результаты приведены в таблице:

Как вы можете видеть, время работы отличается иногда на порядок. Надо сказать, я отдаю себе отчет в том, что далеко не в каждом окружении будут такие же или похожие результаты. В текущей реализации поток ждет в течение 10 000 итераций цикла перед тем как заблокироваться на семафоре. Я бегло рассматривал возможность использования адаптивного алгоритма, но наилучший способ показался мне неочевидным. Так что я открыт для предложений.

Сравнение семафоров и условных переменных

Семафоры оказались гораздо более полезными примитивами, чем я ожидал. Почему же тогда они отсутствуют в C++11 STL? По той же причине, по которой они отсутствовали в Boost: предпочтение отдали мьютексам и условным переменным. С точки зрения разработчиков библиотеки, применение традиционных семафоров слишком часто приводит к ошибкам.

Если подумать, то паттерн box office это всего лишь оптимизация обычных условных переменных для случая, когда все операции над условными переменными исполняются в конце критической секции. Рассмотрим класс AutoResetEvent. Я реализовал класс AutoResetEventCondVar с таким же поведением, но при помощи std:condition_variable. Все операции над условной переменной выполняются в конце критической секции.

На моем PC под управлением Windows простая замена AutoResetEventCondVar на AutoResetEvent увеличивает скорость работы алгоритма в 10 раз.

От переводчика: я давно ничего не переводил, так что буду благодарен за исправления и уточнения.

Источник

Коммуникации | Семафор

Семафор — механическое средство сигнализации для подвижного состава на железных дорогах, оборудованных полуавтоматической блокировкой и централизацией стрелок и сигналов.

А теперь познакомимся с историей семафора и чем он отличается от светофора.

История

В середине XIX века красный цвет разрешал движение поездов. История сигнальных устройств на Российских железных дорогах насчитывает 175 лет. Чуть раньше, чем в нашей стране, сигналы появились в Великобритании.

На заре существования железных дорог движение на них происходило с незначительной скоростью, и надежной гарантией безопасности движения являлось точное соблюдение установленного расписания. Однако уже на открытии линии Ливерпуль – Манчестер произошел несчастный случай. Один из членов парламента, ярый сторонник сооружения железной дороги, решил обменяться рукопожатием с герцогом Веллингтоном, сидевшем в вагоне, и попал под двинувшийся состав. Локомотив в то время не подавал сигналы.

Отец английских железных дорог Джордж Стефенсон вынужден был задуматься над необходимостью применения каких-либо сигналов, без которых невозможно говорить о безопасности железнодорожного движения. По его указанию были введены сигналы, которые подавали сторожа: днем – флажками, ночью – ручными фонарями. Машинистам выдали рожки, которые в 1835 году заменили паровыми свистками.

Вскоре после открытия движения на Николаевской железной дороге в ноябре 1851 года, шары, предназначенные для указания отправления поезду, были заменены на диски, располагавшиеся на вокзальных зданиях (станции I и II классов) или на водоемных зданиях (станции III класса). Если диск был развернут вдоль стены (с поезда не различим), то отправление запрещалось. Разворот диска поперек пути (хорошо виден из паровоза) означало разрешение отправления (сквозной проход). Диски окрашивались в красный (со стороны поезда) либо зеленый (с противоположной стороны) цвета. Ночью они подсвечивались фонарем.

В 1872 году были изданы «Единые правила о сигналах», которых обязали придерживаться все железные дороги. Это было вызвано тем, что железные дороги закупали разные системы сигнализации, поэтому, скажем, в Мге и на Полтавщине сигналы и сигнальные приборы отличалась друг от друга.

До появления ламп накаливания желтый цвет как сигнальный на железной дороге не использовался, потому как из паровоза было невозможно отличить желтый свет от неокрашенного света керосинового фонаря. После 1936 года стекла сигнальных фонарей стали изготавливать не красного и зеленого цветов, а красного и желтого. В связи с массовым применением ламп накаливания в сигнальных приборах были дополнены «Правила о сигналах», действовавшие на железных дорогах с царских времен. Был введен сигнальный желтый цвет.

С изобретением в 1841 году семафора стал возможен переход от движения поездов с разграничением времени к разграничению их пространством. Средствами связи служили телеграф, позже телефон.

Крупным шагом вперед в деле обеспечения безопасности движения поездов стало введение блокировки, посредством которой путевые семафоры запирались на время, пока на соответствующем участке пути находился поезд. Первой практически удовлетворительной системой блокировки была система Тейера, появившаяся в 1852 году в Англии и примененная спустя 16 лет в России. В конце 80-х годов XIX столетия английскими инженерами Веббом и Томсоном были изобретены жезловые аппараты для регулировки движения поездов на однопутных дорогах. С 1897 года они получили распространение в Российской империи.

Семафорами оборудовались станции на участках железных дорог как с электрожезловой системой, так и полуавтоматической блокировкой. Суть этих систем – не допустить нахождения более одного поезда на перегоне. Только при электрожезловой системе семафоры были необязательны, поскольку отправление поездов производилось путем передачи машинисту жезла на право занятия перегона. При полуавтоматической блокировке перегон разрешал занимать открытый семафор.

Закрытый входной семафор запрещал прибытие поезда на станцию. Входные семафоры держали закрытыми на случай маневров или другой работы на станции, когда прибывающему поезду создавалась помеха.

Семафоры на железной дороге были широко распространены в СССР до 1950-х годов. Во второй половине XX века им на смену пришла светофорная сигнализация. Впрочем, на некоторых участках путей по-прежнему используются устаревшие приборы.

Разница между светофором и семафором

Cветофор является более современным и универсальным устройством для регулировки движения. Он используется как на автомобильных и железных дорогах, так и для подачи сигналов водному транспорту. Тогда как семафор – это устаревший прибор. Сегодня им оснащены лишь малодеятельные промышленные участки железнодорожных путей. Если сигналы светофора распространяются на всех участников движения, то семафор предназначен только для машинистов. В зависимости от положения стрелки водитель локомотива предпринимает определенные действия или же спокойно продолжает путь.

Источник

eponim2008

Жизнь замечательных имен

Короткие истории о вещах и о людях, давших им свое имя

Что такое семафорная азбука?

На море все сложнее, чем на суше. В том числе, и обмен информацией между кораблями всегда был проблемой для моряков. От борта до борта шлюпку не всегда пошлешь, да и сколько ей плыть, этой шлюпке?

Но обмениваться информацией было необходимо, и военным, и торговым кораблям. Поэтому задолго до появления радио моряки придумали свои способы для передачи сообщений между судами в открытом море или между судами и берегом.

Одним из таких способов являлась семафорная азбука.

В переводе с древнегреческого «семафор» означает «носитель знаков». Семафорный телеграф, который еще называют оптическим телеграфом, появился в конце 18-го века и, несмотря на сложность, оказался на удивление хорошим инструментом передачи информации на большие расстояния по суше.

Семафорный телеграф состоял из цепи башен, построенных цепью так, чтобы с каждой башни можно было видеть соседнюю. На башне имелась мачта с несколькими шестами и подвижными планками на них. Шесты и планки можно было разворачивать под различными углами друг к другу и закреплять. Таким образом, на башнях появлялись фигуры различной конфигурации. Каждой такой конфигурации приписывалось значение какой-нибудь буквы или цифры. Работник, находившийся на башне семафорного телеграфа (его с полным правом можно назвать телеграфистом), наблюдал за соседней башней. При изменении сигнала на одной из соседних башен, он считывал этот сигнал и повторял его на своей башне. По уставу службы за недостаточно тщательное наблюдение или отсутствие на рабочем месте телеграфист мог запросто попасть в тюрьму. Так что следовало стараться.

Передача одного символа с помощью оптического телеграфа занимала около 2 минут. 8 миллибит в секунду! С точки зрения нашего мегаэлектронного века – черепашья скорость. Если принять среднее расстояние между башнями равным 10 километрам, Если принять среднее расстояние между башнями равным 10 километрам, скорость перемещения одного символа вдоль семафорной телеграфной линии составляла 5 километров в минуту.

Первую такую линию построили в 1794 году во Франции между городами Парижем и Лиллем – это 225 километров и 22 телеграфные башни. Таким образом, сообщение преодолевало этот длинный путь за 45 минут. И все же эта скорость во много раз превышала скорость гонца, который скакал бы от Парижа до Лилля на резвом коне более 5.5 часов без перерыва!

Длина среднего французского слова – 7 символов. Значит, передача одного слова занимала около 15 минут. Сообщение твиттера длиной 140 символов передавалось бы 280 минут или более 4.5 часов! Естественно, что изобретатель оптического телеграфа Клод Шапп (Клод Шапп (Claude Chappe; 1763 —1805) для того, чтобы ускорить передачу применял и сокращения слов, и кодирование. Кодирование депеши также позволяло сохранить в относительном секрете текст, содержание которого по мере передачи становилось известным десяткам телеграфистов.

Недостатки семафорного телеграфа не затмили его достоинств. В России его тоже внедрили для передачи сообщений между Петербургом и Кронштадтом и некоторыми другими далекими и важными с военной точки городами. До сих пор на крыше западного корпуса Зимнего дворца можно увидеть небольшую будку семафорного телеграфа. Она, конечно, уже давно не используется по назначению.

Оптический телеграф применяли до середины 19-го века, когда появился телеграф электрический. Но по морю телеграфную линию не проведешь. Поэтому на кораблях военно-морского флота оставались семафорные башни, которые должны были обеспечивать связь в открытом море.

Но вскоре моряки поняли, что этой сложной технике есть простая замена. Обученный матрос с двумя флажками выполнял работу по передаче сообщений между кораблями и лучше, и – при некоторой тренировке – быстрее.

Каждая рука сигнальщика с флажком может располагаться в восьми позициях. Общее число позиций двух флажков – 64. Этого с избытком хватит для представления букв любого алфавита и цифр. Даже японская слоговая азбука (50 символов) может быть представлена с помощью всего двух флажков. При хорошей видимости матроса, стоящего на специальном возвышении можно было разглядеть в бинокль на расстоянии в несколько километров. Обучить сообразительного матроса скорости передачи 60-80 символов в секунду оказалось вполне возможным. Поэтому начиная с 1870-го года, в корабельных расписаниях появилась новая должность – сигнальщик.

Должность эта была не из легких. Сигналы следовало подавать быстро и четко. Руки, все время поднятые и все время находившиеся в движении, уже через две минуты переставали слушаться. Поэтому сигнальщику работу старались облегчить – фразы передавали по возможности короткие и закодированные.

Сигнальщикам по должности приходилось быть заметными. Поэтому художники очень полюбили их рисовать. Два флажка и энергично поднятые руки превращали матроса в моряка-героя. Как такого не отобразить на полотне или на фотографии?

Знаменитые «Beatles» тоже однажды задумали «посемафорить». На обложке своего альбома 1965 года «Help!» они решили представить заголовок в виде семафорной азбуки. Каждый музыкант представлял одну букву.

Источник