信号量机制的实际使用-第二十九天

回顾旧知

实现进程互斥

实现进程同步

实现进程的前驱关系

本节思维导图

回顾旧知

1、一个信号量对应一种资源

2、信号量的值 = 该种资源的剩余数量（信号量值小于0，说明此时有进程在等待这种资源）

3、P(S)：申请一个资源S，如果资源不够就阻塞等待

4、V(S)：释放一个资源S，如果有进程在等待该资源，则唤醒一个进程

实现进程互斥

实现步骤：

并发进程的关键活动（单核处理机情况下各进程轮流访问访问临界区），划定临界区（如：对临界资源打印机的访问就应放在临界区）
设置互斥信号量mutex，初始值为1（mutex表示“进入临界区的名额”）
在进入区P（mutex）：申请资源
在退出区V（mutex）：释放资源

注意事项：

对不同的临界资源需要设置不同的互斥信号量
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，等待进程永不被唤醒）

/*记录型信号量的定义*/
typedef struct
{
    int value;          //剩余资源数
    struct process *L;  //等待队列
}semaphore;

/*信号量机制实现互斥*/
semaphore mutex = 1;    //初始化信号量

P1()
{
...
P(mutex);        //使用临界资源前需要加锁
临界区代码段...
V(mutex);        //使用临界区资源后需要解锁
...
}

P2()
{
...
P(mutex);        //使用临界资源前需要加锁
临界区代码段...
V(mutex);        //使用临界区资源后需要解锁
...
}

实现进程同步

进程同步：令各并发进程按要求有序的推进（让本来异步并发的进程互相配合，有序推进）

异步性的体现：若分配给P1进程的时间片只允许该进程执行完自己的代码1和代码2，然后就要为P2进程分配时间片，若该时间片只允许该进程执行完自己的代码4，然后就要为P1进程分配......，这就导致代码段的执行顺序是未知的

实现步骤：

分析什么地方需要实现“同步关系”（必须保证“一前一后”执行的两个操作或两句代码）
设置同步信号量S，初始值为0（信号量S表示“某种资源”）
在“前操作”之后执行V(S)
在“后操作”之前执行P(S)

（前V后P）

/*信号量机制实现同步*/
semaphore S = 0;    //初始化同步信号量，初始值为0

P1()
{
    代码1：
    代码2;
    V(S);   //释放资源
    代码3;
}

P2()
{
    P(S);   
    代码4：
    代码5;
    代码6;
}

关于如何保证“代码4（后操作）一定是在代码2（前操作）之后执行”的解释：

若先执行到V(S)操作，则S++后S=1。之后执行到P(S)操作时，由于S=1，表示有可用资源，会执行S--，S的值变为0，P2进程不会执行block原语，而是继续向下执行代码4
若先执行到P(S)操作，由于S=0，S--后会S=-1，表示此时没有可用资源，因此P操作中会执行block原语，主动请求阻塞。之后当执行完代码2（时间片用完），继而执行V(S)操作，S++，使S变回0，由于此时有进程在该信号量对应的阻塞队列中，因此会在V操作中执行wakeup原语，唤醒P2进程。这样P2就可以继续执行代码4了
信号量S代表“某种资源”，刚开始是没有这种资源的，P2需要使用这种资源，而又只能由P1产生这种资源