进餐问题及其他信号量

哲学家问题

　　五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心粉，没人面前有一只空盘子，每两人之间放一只叉子。每个哲学家的行为是思考，感到饥饿，然后吃通心粉。为了吃通心粉，每个哲学家必须拿到两只叉子，并且每个人只能直接从自己的左边或有百年去取叉子

使用P、V操作解决

　　每一只叉子用一个信号量表示，通过对信号量执行P操作取得叉子，执行V操作放下叉子

设置信号量：

semaphore  fork[n];//n=5，公用信号量，用于互斥
fork[i]=1;//设置初值，i=1，2，，， ，5
第i个哲学家进程
while(1){
    thingking,,,
    P(fork[i])//拿左手的叉子
    P(fork[i+1])//拿右手的叉子
    eating;
    V(fork[i+1])//放下右手的叉子
    V(fork[i]) //放下左手的叉子
    
    这样可以确保没有两个相邻的哲学家可以同时进餐
}

带来的问题：

　　死锁--每个人拿起而且只拿起了一只叉子，并且都不放下，僵在这

　　饥饿--每个人都拿起了叉子，然后动作很协调又同时放下，反复重复这个过程（长时间得不到响应）

原因：P、V操作本身可以很好的解决同步互斥问题，但是实际中遇到的问题并不都是同步互斥问题，并且P、V操作本身也存在着缺点：操作繁琐，同步互斥操作被分散在各个进程中，使得易读性、维护性差，复杂性高，对于一些复杂问题实现不方便，存在隐患。

如何解决？--提出了一些高级数据结构

信号量集--AND型信号量集

AND型信号量集是指同时需要多种资源且每种占用一个时的信号量操作

AND型信号量集的基本思想：在一个原语中申请整段代码需要的多个临界资源，要么全部分配给它，要么一个都不分配

AND型信号量集P原语为Swait

AND型信号量集V原语为Ssignal

Swait(S1,S2, ,,, ,Sn)//P原语
{
    while(TRUE){
        if(S1>=1&&S2>=1&& ,,, && Sn>=1){
            for(i=1,i<=n;++i){
                Si--;
            }    
            break;
        }
        else{//某些资源不够用的处理
            调用进程进入第一个小于1信号量的等待队列，阻塞调用进程；
        }
    }
}

Ssignal(S1, S2, …, Sn)
{
for (i = 1; i <= n; ++i)
  {
    ++Si;        //释放占用的资源；
    for (在Si.queue中等待的每一个进程P){    //检查每种资源的等待队列的所有进程；  
        从等待队列Si.queue中取出进程P;
        if (判断进程P是否通过Swait中的测试)
               //注：与signal不同，这里要进行重新判断；
        {//通过检查（资源够用）时的处理；
              进程P进入就绪队列;
          }
        else
         {//未通过检查（资源不够用）时的处理；
          进程P进入某等待队列；
          }
   }
 }
}

一般信号量集

一般信号量集是指同时需要多种资源、每种资源占用的数目不同、且可分配的资源还存在一个临界值时的信号量处理

一般信号量集的基本思路就是在AND型信号量集的基础上进行扩充，在一次原语操作中完成所有的资源申请

进程对信号量Si的

测试值为 t_i （表示信号量的判断条件，要求S_i≥t_i，即当资源数量低于t_i时，便不予分配）

占用值为d_i(表示资源的申请量，即S_i=S_i-d_i)

对应的P、V原语格式为：

Swait(S1,t1，d1；，，，；Sn，tn，dn）；

Ssignal（s1，d1，；，，，；Sn，dn）；

一般信号量可以用于各种情况的资源分配和释放，几种特殊情况：

Swait（S，d,d)表示每次申请d个资源，当少于d个时，便不分配）

Swait（S，1，1）表示互斥信号量

Swait（S，1，0）可作为一个可控开关（当S≥1时，允许多个进程进入临界区；当S=0时，禁止任何进程进入临界区）