信号量 

一个信号量是一个包含两部分内容的数据结构：    

(a) 一个整数计数器, COUNT    

(b) 一个记录阻塞进程ID的队列, Q

信号量有两个原子操作：  

UP(V操作） 和 DOWN (P操作)

DOWN(S):     

if (S.count > 0)         

  S.count = S.count - 1;   

 else       

  block(P);

即,                      

 (a) 将 P进程的pid 插入 S.Q                        

(b) 阻塞进程 P                    

 (c) 将控制权交给调度进程

UP(S):             

if (S.Q is nonempty)             

wakeup(P) 唤醒 S.Q中的某个P; 即：                        

(a) 将进程P的pid从队列S.Q中移除                      

  (b) 将进程P的pid插入就绪队列                      

  (c) 将控制权交给调度进程             

else             

S.count = S.count + 1;

利用信号量实现互斥

semaphore mutex = 1;  

// set mutex.count = 1    

DOWN(mutex);     

- critical section -    

UP(mutex);

信号量通过引入阻塞避免了忙等待。

习题：

设两个进程共用一个临界资源的互斥信号量mutex，当mutex=1时表示（）

A 一个进程进入了临界区，另一个进程在等待；

B没有一个进程进入临界区；

C 两个进程都进入临界区；

D 两个进程都在等待；

经典的IPC问题

1. 读者写者问题
2. 哲学家就餐问题
3. 睡眠理发师问题

1. 读者写者问题

             

Reader:

Down(mutex)

Read data

Up(mutex)

Writer:

Down(mutex)

Write data

Up(mutex)

问题：每次只允许一个读者读数据。

Initial: reader = 0; wmutex = 1;

Reader：

reader ++;

If(reader == 1)

Down(wmutex);

Read data

reader--;

If(reader == 0)

Up(wmutex);

Writer ：

Down(wmutex)

Write data

Up(wmutex)

问题: 导致竞争条件。

方案1

Reader：

Down(mutex);

reader ++;

If(reader == 1)

Down(wmutex);

Up(mutex);

Read data

Down(mutex);

reader--;

If(reader == 0)

Up(wmutex);

Up(mutex);

Writer：

Down(wmutex)

Write data

Up(wmutex)

2. 哲学家就餐问题

五个哲学家坐在餐桌边，每两位哲学家之间有一个叉子。每个哲学家需要拿到两把叉子才能吃到面条。哲学家吃一会儿面就放下叉子思考人生，思考一会又打算吃点面条，如此循环。如何确保所有哲学家都能高效地吃面条和思考人生？

方案1

过程take-fork 将等待直到获得相应的叉子。

问题：如果五个哲学家同时感到饿了,他们将同时拿起他们左边的叉子，这将导致大家都在等待右边的叉子，谁都吃不了面条。

方案2

问题: 如果一个哲学家正在吃面条，而他旁边的哲学家请求使用叉子，那么所有其他的哲学家都必须等待直到这个请求满足。

方案3

Void philosopher(int i) {    

     While (True) do {

            Thinking;

            take_forks(i);

            Eating;

            put_forks(i);

      }

}

           

目的: 用于检查是否 (i) 可以开始吃了. 如果 (i) 可以开始吃，那么更新 (i)的状态并允许 (i) 开始吃面条。否则，当执行下一个 down 操作时(i) 将被阻塞。

3. 睡眠理发师问题

有一个理发师，一张理发的椅子和n张顾客等待时坐的椅子。如果没有顾客，则理发师将睡觉；若第一个顾客进来了，他将叫醒理发师给自己理发；若顾客进来发现没有空的椅子，他将离开理发店。

解决方案

利用信号量实现同步/异步

  

同步与互斥的关系

1. 同步：多个相互合作的进程，在一些关键节点上可能需要互相等待或互相交换信息，这种相互制约关系称为同步。
2. 互斥：当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待；当占用临界资源的进程退出临界区后，另一进程才允许访问此临界资源，进程之间的这种相互制约关系称为互斥。
3. 关系：互斥是同步的一种特殊情况。

习题：

这节跟上一个笔记的内容联系较大，可以移步上一个笔记看看哦