信号量机制

信号量机制

1. 在双标志先检查法中，进入区的“检查”、“上限”操作无法一气呵成，从而导致了两个进程有可能同时进入临界区的问题。
2. 所有的解决方案都无法实现“让权等待”

1965年，荷兰学者Dijkstra提出了一种卓有成效的实现进程互斥、同步的方法——信号量机制

信号量机制

用户进程可以通过使用操作系统提供的一对原语来对信号量进行操作，从而很方便的实现了进程互斥、进程同步。

信号量其实就是一个变量（可以是一个整数，也可以是更复杂的记录型变量），可以用一个信号量来表示系统中某种资源的数量，比如：系统中只有一台打印机，既可以设置一个初值为1的信号量。

原语是一种特殊的程序段，其执行只能一气呵成，不可被中断。原语是由关中端/开中断指令实现的。软件解决方案的主要问题是由“进入区的各种无法一气呵成”，因此如果能把进入区、退出区的操作都用“原语”实现，使这些操作能“一气呵成”就能避免问题。

一对原语：wait(S)原语和signal(S)原语，可以把原语理解为我们自己写的函数，函数名分别为wait和signal，括号里的信号量S其实就是函数调用时传入的一个参数

wait、signal原语常简称为P、V操作。

信号量机制——整型信号量

用一个整数型的变量作为信号量，，用来表示系统中某些资源的数量

与普通整数变量的区别：对信号量的操作只有三种，即初始化、P操作、V操作

信号量机制——记录型信号量

对信号量S的一次P操作意味着进程请求一个单位的该类资源，因此需要执行S.value...，表示该资源数减1，当S.value<0时表示该类资源已分配完毕，因此进程应当调用block原语进行自我阻塞（当前运行的进程从运行态->阻塞态），主动放弃处理机，并插入该类资源的等待队列S.L中。可见，该进程遵循了“让权等待”原则，不会出现“忙等”现象。

对信号量S的一次V操作意味着进程释放一个单位的该类资源，因此需要执行S.value++，表示资源数加1，若加1后仍是S.value<=0，表示依然有进程在等待该类资源，因此应调用wakeup原语唤醒等待队列中的第一个进程（被唤醒进程从阻塞态->就绪态）

用信号量机制实现（进程互斥、同步、前驱关系）

信号量机制实现进程互斥

1. 分析并发程序的关键活动，划分临界区（如：对临界资源打印机的访问就应放在临界区）
2. 设置互斥信号量mutex，初值为1
3. 在临界区之前执行P(mutex)
4. 在临界区之后执行V(mutex)

注意：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(mutex)就不能保证临界资源的互斥访问。缺少V(mutex)会导致资源永不被释放，等待进程永不被唤醒

信号量机制实现进程同步

进程同步：要让各并发进程按要求有序地推进。

用信号量实现进程同步：

1. 分析什么地方需要实现“同步关系“，即必须保证”一前一后“执行的两个操作（或两句代码）
2. 设置同步信号量S，初值为0
3. 在“前操作”之后执行V(S)
4. 在“后操作”之前执行P(S)

信号量机制实现前驱关系