《操作系统》信号量机制

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王道考研笔记

• 2.3.3 信号量机制
• • 一、整型信号量
  • 二、记录型信号量
• 2.3.4 用信号量机制实现进程互斥、同步、前驱关系
• • 一、实现进程互斥
  • 二、实现进程同步
  • 三、实现进程的前驱关系
• 2.3.5 经典问题
• • 一、生产者-消费者问题
  • • 1、问题描述
    • 2、分析问题
    • 3、代码实现
    • 4、思考：是否可以改变P、V操作的顺序
  • 二、多生产者-多消费者问题
  • • 1、问题描述
    • 2、分析问题
    • 3、代码实现
    • 4、思考
  • 三、吸烟者问题
  • • 1、问题描述
    • 3、代码实现
  • 四、读者-写者问题
  • • 1、问题描述
    • 2、分析问题
    • 3、读优先代码实现
    • 4、写优先代码实现
  • 五、哲学家进餐问题
  • • 1、问题描述
    • 2、分析问题

2.3.3 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【wait(S)和signal(S)】来对信号量进行操作，从而很方便实现了进程互斥、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，就可以设置一个初值为1的信号量
wait、signal原语简称P、V操作

一、整型信号量

二、记录型信号量

当资源分配完之后进程需要进入等待队列

进入等待队列的进程使用资源

PV操作

2.3.4 用信号量机制实现进程互斥、同步、前驱关系

一、实现进程互斥

二、实现进程同步

三、实现进程的前驱关系

2.3.5 经典问题

一、生产者-消费者问题

1、问题描述

2、分析问题

同步：生产者跟消费者
缓冲区满时，生产者要等待消费者取走产品
缓冲区空时，消费者要等待生产者放入产品
互斥：对缓冲区的访问要互斥地进行（mutex）

3、代码实现

4、思考：是否可以改变P、V操作的顺序

二、多生产者-多消费者问题

1、问题描述

2、分析问题

互斥：
对缓冲区（盘子）的访问要互斥地进行
同步：
爸爸放完苹果才能女儿才吃
妈妈放完橘子后，儿子才能取橘子
盘子空时，爸爸或妈妈才能放水果

初始化，确定好信号量的定义，一开始这个信号量定义有多少就设为多少，例如plate定义为盘子能放多少个水果，因为盘子一开始最多就可以放1，初始化设置为1

3、代码实现

4、思考

（1）信号量mutex可以去掉吗，本题条件时是可以的，因为缓冲区大小为1，盘子只能放一个水果，在任何时刻，apple、orange、plate三个同步信号量中最多只有一个是1，因此在任何时刻，最多只有一个进程的P操作不会被阻塞，并顺利地进入临界区。

（2）如果盘子的容量为n大于1的话，信号量mutex不能去掉，不然会导致两个进程写入缓冲区的数据相互覆盖的情况，而且信号量plate要初始化为n。

三、吸烟者问题

1、问题描述

本质上这题属于“生产者-消费者”问题，详细来说就是“可生产多种产品的单生产者-多消费者”。
生产产品
组合一：纸+胶水
组合二：烟草+胶水
组合三：烟草+纸
同步关系
桌子上有组合一，抽烟者A取走东西
桌子上有组合二，抽烟者B取走东西
桌子上有组合三，抽烟者C取走东西
各抽烟者发出取完信号，供应者将下一组合放到桌子上
互斥关系
对缓冲区（桌子）互斥访问

3、代码实现

这里之所以没有互斥信号量，原因跟上一题一样。所以如果缓冲区为n(>1)的话，要设置信号量mutex初始化为1

四、读者-写者问题

1、问题描述

2、分析问题

3、读优先代码实现

4、写优先代码实现

五、哲学家进餐问题

1、问题描述

2、分析问题

王道考研笔记

• 2.3.3 信号量机制
• • 一、整型信号量
  • 二、记录型信号量
• 2.3.4 用信号量机制实现进程互斥、同步、前驱关系
• • 一、实现进程互斥
  • 二、实现进程同步
  • 三、实现进程的前驱关系
• 2.3.5 经典问题
• • 一、生产者-消费者问题
  • • 1、问题描述
    • 2、分析问题
    • 3、代码实现
    • 4、思考：是否可以改变P、V操作的顺序
  • 二、多生产者-多消费者问题
  • • 1、问题描述
    • 2、分析问题
    • 3、代码实现
    • 4、思考
  • 三、吸烟者问题
  • • 1、问题描述
    • 3、代码实现
  • 四、读者-写者问题
  • • 1、问题描述
    • 2、分析问题
    • 3、读优先代码实现
    • 4、写优先代码实现
  • 五、哲学家进餐问题
  • • 1、问题描述
    • 2、分析问题

2.3.3 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【wait(S)和signal(S)】来对信号量进行操作，从而很方便实现了进程互斥、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，就可以设置一个初值为1的信号量
wait、signal原语简称P、V操作

一、整型信号量

二、记录型信号量

当资源分配完之后进程需要进入等待队列

进入等待队列的进程使用资源

PV操作

2.3.4 用信号量机制实现进程互斥、同步、前驱关系

一、实现进程互斥

二、实现进程同步

三、实现进程的前驱关系

2.3.5 经典问题

一、生产者-消费者问题

1、问题描述

2、分析问题

同步：生产者跟消费者
缓冲区满时，生产者要等待消费者取走产品
缓冲区空时，消费者要等待生产者放入产品
互斥：对缓冲区的访问要互斥地进行（mutex）

3、代码实现

4、思考：是否可以改变P、V操作的顺序

二、多生产者-多消费者问题

1、问题描述

2、分析问题

互斥：
对缓冲区（盘子）的访问要互斥地进行
同步：
爸爸放完苹果才能女儿才吃
妈妈放完橘子后，儿子才能取橘子
盘子空时，爸爸或妈妈才能放水果

初始化，确定好信号量的定义，一开始这个信号量定义有多少就设为多少，例如plate定义为盘子能放多少个水果，因为盘子一开始最多就可以放1，初始化设置为1

3、代码实现

4、思考

（1）信号量mutex可以去掉吗，本题条件时是可以的，因为缓冲区大小为1，盘子只能放一个水果，在任何时刻，apple、orange、plate三个同步信号量中最多只有一个是1，因此在任何时刻，最多只有一个进程的P操作不会被阻塞，并顺利地进入临界区。

（2）如果盘子的容量为n大于1的话，信号量mutex不能去掉，不然会导致两个进程写入缓冲区的数据相互覆盖的情况，而且信号量plate要初始化为n。

三、吸烟者问题

1、问题描述

本质上这题属于“生产者-消费者”问题，详细来说就是“可生产多种产品的单生产者-多消费者”。
生产产品
组合一：纸+胶水
组合二：烟草+胶水
组合三：烟草+纸
同步关系
桌子上有组合一，抽烟者A取走东西
桌子上有组合二，抽烟者B取走东西
桌子上有组合三，抽烟者C取走东西
各抽烟者发出取完信号，供应者将下一组合放到桌子上
互斥关系
对缓冲区（桌子）互斥访问

3、代码实现

这里之所以没有互斥信号量，原因跟上一题一样。所以如果缓冲区为n(>1)的话，要设置信号量mutex初始化为1

四、读者-写者问题

1、问题描述

2、分析问题

3、读优先代码实现

4、写优先代码实现

五、哲学家进餐问题

1、问题描述

2、分析问题

本文标签： 信号量操作系统机制