操作系统——信号量（理解什么是信号量，信号量如何解决同步互斥问题，信号量一些注意点）-程序员宅基地

技术标签： 操作系统  队列  

信号量是什么

信号量（semaphore）是操作系统用来解决并发中的互斥和同步问题的一种方法。
信号量是一个与队列有关的整型变量，你可以把它想象成一个数后面拖着一条排队的队列，如图：

在这里插入图片描述
那信号量上面值n代表什么意思呢？
n>0：当前有可用资源，可用资源数量为n
n=0：资源都被占用，可用资源数量为0
n<0：资源都被占用，并且还有n个进程正在排队
那信号量拖着的那个队列就是用来放正在排队想要使用这一资源的进程

信号量伪代码

信号量的伪代码又如何实现呢
在这里插入图片描述
在代码中我们可以看到有两个对信号量的count值和阻塞队列的操作，一个是semWait，一个是semSignal，前者也被称为P操作，后者也被称为V操作。

这两个操作的用途是什么呢？
semWait我们可以理解为申请资源
semSignal我们可以理解为释放资源

在这里插入图片描述
当申请资源的时候，资源数count值-1，我们注意到资源数如果在-1之后<0,那么这个这个进程就会加入到等待队列

为什么这个条件设置成<0呢？
其实很好理解，当这个资源已经其他进程占有完了，即为0或者负数，那么新进程要申请这个资源时资源数再减1必然count<0，那么这个进程就要被被阻塞，进入阻塞队列
在这里插入图片描述

再看semSignal操作
在这里插入图片描述
一个进程终会使用完这个进程，然后离开，那么此时可用资源数+1

为什么这个条件设置成<=0呢？
一个进程用完资源走了，count++，如果还有进程在排队（count即值是-1或者更小），那+1之后必然count<=0，此时就唤醒一个排队中的进程
在这里插入图片描述

信号量解决互斥同步问题

用一个经典例子来说——生产者/消费者问题
在这里插入图片描述

  1. 首先我们分析这里有几种进程，很显然有两种：
  • 消费者
  • 生产者
  1. 分析进程之间的关系有什么：

  • 互斥关系：缓冲区是临界资源，各进程互斥访问

  • 两组同步关系
    只有缓冲区未满，生产者才能往缓冲区放产品
    只有缓冲区非空，消费者才能从缓冲区取产品

  1. 根据以上分析，写出大致的伪代码如下：

在这里插入图片描述

总结

  • semWait(S)：请求分配一个资源。

  • semSignal(S)：释放一个资源。

  • semWait、semSignal操作必须成对出现。

  1. 用于互斥时，位于同一进程内（初始值为1）；
  2. 用于同步时，交错出现于两个合作进程内。
    （且在前事件后加semSignal，在后事件前加semWait），比如先刷牙再吃饭，那刷牙这个事件后加semSignal，在吃饭这个事件前加semWait

  • 多个semWait操作的次序不能颠倒，否则可能导致死锁。

  • 多个semSignal操作的次序可任意。
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