操作系统-信号量机制；用信号量机制实现进程互斥、同步、前驱关系

文章目录

信号量机制
- 信号量
- 整形信号量
- 记录型信号量
信号量机制的应用
- 信号量机制实现进程互斥
- 信号量机制实现进程同步
- 信号量机制实现进程的前驱关系

信号量机制

信号量

用户可以通过使用操作系统提供的一对原语来对信号量进行操作，从而很方便的实现了进程互斥、进程同步（原语执行只能一气呵成，不可被中断，又关中断/开中断指令实现）
信号量其实就是一个变量(可以是一个整数，也可以是一个更复杂的记录性变量)，可以用一个信号量来表示系统中某种资源的数量。（比如：系统中只有一台打印，就可以设置一个处置为1的信号量）
一对原语：wait(S)原语和signal(S)原语（可以把原语理解为函数，函数名为wait和signal，括号里的信号量S其实就是函数调用时传入的参数）
wait、signal原语简称为P、V操作。因此常把wait(S)、signal(S)两个操作分别写为P(S)、V(S)

整形信号量

用一个整整数型的变量作为信号量，用来表示系统中某种资源的数量（对信号量的操作只有三种：初始化、P操作、V操作）
P操作：进去操作，资源数-1（对资源的申请）
V操作：退出操作，资源数+1（对资源的释放）
“检查”和“上锁”一气呵成，避免了并发、异步导致的问题
存在的问题：不满足“让权等待”，会发生“忙等”（下一个进程会一直处于while()循环中）

记录型信号量

解决了“忙等”的问题
P操作：资源数-1后判断是否还有资源，如果没有，使用block原语使该进程从运行态转换为阻塞态，并挂入到等待队列中
V操作：资源数+1后判断是否还有等待该进程的资源被堵塞，如果有，使用wakeup原语将唤醒等待队列中的一个进程，将阻塞态转换为运行态

S.value的初值表示系统某种资源的数目

信号量机制的应用

信号量机制实现进程互斥

分析并发进程的关键活动，划分临界区
设置互斥信号量mutex，初值为1
在临界区之前执行P(mutex)
在临界区之后执行V(mutex)
P、V操作必须成对出现。缺少P操作不能保证临界资源的互斥访问；缺少V操作会导致资源永不被释放，等待进程永远不会被唤醒

semaphor：信号量的英文单词，题目没特别说明，可命名此形式

信号量机制实现进程同步

分析什么地方需要实现“同步关系”，即必须保证“一前一后”执行的两个操作（或代码）
设置同步信号量S，初始为0
在“前操作”之后执行“V操作”
在“后操作”之前执行“P操作”

信号量机制实现进程的前驱关系

每一对进程前驱关系都是一个进程同步问题
每对进程前驱关系都各设置一个同步变量
在“前操作”之后对相应的同步变量执行“V操作”
在“后操作”之前对相应的同步变量设置“P操作”

前驱关系：进程中的多个代码，必须在上一个代码执行后才能执行下一个代码

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