进程同步的基本元素

临界资源

I/O设备属于临界资源。著名的生产者-消费者问题就是关于临界资源的争夺产生的进程同步的问题。

生产者-消费者

描述：一群生产者生产产品，产品生成完以后运到仓库储存，仓库的大小有限，这里的仓库在表示中抽象成了缓冲区。一群消费者需要到仓库中取产品进行消费。

代码：

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#define MAXSIZE 100
int in = 0;
int out = 0;
int count[1] = {0};
int child_process_id = 0;
char buffer[MAXSIZE];
void producer();
void comsumer();
void main() {

    __pid_t pid = fork();
    //int n = 0;
    //count = &n;
    printf("The process id = %d\n", pid);
    if(pid == -1) {
        perror("fork error!");
    } else if(pid == 0){
        printf("Hello from child process: %d\n", getpid());
        child_process_id = getpid();
        comsumer();

    } else {
        printf("Hello from father process: %d\n", getpid());
        //__pid_t pid1 = fork();

        producer();

    }

}

void producer() {
    while (1)
    {
        while (*count == MAXSIZE){
            printf("producer:%d, %d\n", *count, getpid());

            scanf("%d", count);

        }
        in = (in+1)%MAXSIZE;
        (*count)++;
    }
    
}

void comsumer() {

    while (1)
    {
        //FILE *file = fopen("comsumer.txt", "w");
        //fputs(buffer, file);
        //fclose(file);

        while (*count == 0){
        printf("comsumer:%d, %d\n", *count, getpid());
        scanf("%d", count);
            
        }
        //getchar();

        out = (out+1)%MAXSIZE;
        (*count)--;   
        
        }
        printf("Comsumer exit!\n");
    
}

输出结果：

临界区

count可以理解为临界资源。

临界区：访问邻接资源的代码成为临界区。

访问count代码行成为临界区。

while (*count == MAXSIZE){//进入消费者临界区的条件

(*count)++;//生产者临界区

while (*count == 0){//进入消费者的临界区的条件

(*count)--;

信号量机制

整形信号量

代码：

wait(S){

while(S <= 0) ;

S--;

}

signal(S) {

S++;

}

定义：

整形信号量S	简称
wait	P
signal	V

记录型信号量

代码：

typedef struct{

int value;

struct process_control_block *list;

}semaphore;

wait(semaphore *S) {

S->value--;

if(S->value < 0)block(S->list);

}

signal(semaphore *S) {

S->value++;

if(S->value<=0) wakeup(S->list);

}

S->value	某类资源的数目
S->list	等待使用某类资源的进程队列
block	阻塞进程队列，后续进程无法使用该类资源
wakeup	唤醒进程队列，可以使用该类资源

AND信号量

前面的信号量都是解决单个信号时出现的问题，如果出现两个或者以上的信号量呢？

信号量Dmutex = 1

信号量Emutex = 1

进程A:

进程B

由于并发进程存在随机性；所以存在以下的执行顺序：

A.P(Dmutex)	0
B.P(Emutex)	0
A.P(Emutex)	-1	A阻塞
B.P(Dmutex)	-1	B阻塞

伪码：

Swait(S1,S2,...,Sn)

{

while(true){

if(Si >=1 && ... Sn >=1) {

for(i = 1; i <=n; i++)Si--;

break;

} else {

将所有进程放入等待队列中

}

}

Ssignal(S1,S2,...,Sn)

{

while(true){

for(i = 1; i <=n; i++)Si--;

}

将所有进程放入就绪队列中

}