信号量机制和PV操作

临界区资源互斥访问

进程管理中，对临界资源需要互斥访问。其中对实现对临界区互斥访问有软件和硬件方法。

• 软件方法包括：单标志发，双标志先检查法，双标志后检查法，皮特斯Peterson's算法。
• 硬件方法包括：中断屏蔽法，TSL指定和Swap指定。
  但是四种软件实现方法，三种硬件实现方法都依然存在各种问题。最主要问题是都不能实现让权等待。

信号量

是一个变量，一个信号量对应一种资源，只能被两种PV两种原语操作，以此实现进程互斥，进程同步。（PV源于荷兰语proberen和verhogen分别是尝试试用和增加的意思）
补充：原语是一种特殊的程序段，不可被中断。原语是由关中断/开中断指令来实现的。
wait() //进入区
访问临界资源 //临界区
signal() //退出区
然后对于整型信号量种的pv操作原语wait和signal分别实现逻辑是：

wait(S){
  while(S<=0); 
  S-=1; //检查和上锁都在wait中不能被中断（进程不能被切换走）
}
signal(S){
  S+=1
}

对于记录型信号量：

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typedef struct{
    int value;
    struct process *L;
} semaphore;

void wait (semaphore S) { //相当于申请资源
    S.value--;
    if(S.value<0) {
        add this process to S.L;
        block(S.L);
    }
}

void signal (semaphore S) {  //相当于释放资源
    S.value++;
    if(S.value<=0){
        remove a process P from S.L;
        wakeup(P);
    }
}

image.png

信号量机制实现进程的同步，互斥，前驱关系

一个信号量对应一种资源
信号量的值=这种资源的剩余数量（若为负，说明此时有进程在等待这种资源）

1.进程的同步

一前一后的操作
同步量信号S，初始为0
在前操作之后执行V
在后操作之后执行P 口诀:前v后p

2.进程的互斥

如上pv操作

3.进程的前驱关系

本质上是多级同步问题

image.png

经典进程同步问题1-生产者消费者问题

缓冲区的这种临界资源只能互斥访问
p尝试消耗
v 增加

semaphore mutex=1;//互斥信号量，实现对缓冲区的互斥访问
semaphore empty=n; //同步信号量，表示空闲缓冲区的数量
semaphore ful1=0;//同步信号量，表示产品的数量，也即井空缓冲区的数量
producer(){
  while(1){
  生产一个产品;
  P(empty);①
  P(mutex);②  //如果1 2 顺序颠倒呢，会出行死锁
  把产品放入缓冲区;
  V(mutex);
  V(full)
  }
}

image.png

所以实现互斥的p操作一定要在实现同步的P操作之后。
v操作不会导致进程阻塞，因此两个v操作顺序可以交换。

经典进程同步问题2-吸烟者问题

一个生产者 生产多类产品

经典进程同步问题3-读写者问题

缓冲区不会消耗掉

经典进程同步问题4-哲学家进餐问题

管程

封装思想