【信号量机制及应用】

水善利万物而不争，处众人之所恶，故几于道💦

目录

一、信号量机制

二、信号量的应用

  >利用信号量实现进程互斥
  >利用信号量实现前驱关系
  >利用记录型信号量实现同步

三、例题

四、参考

一、信号量机制

• 信号量是操作系统提供的管理公有资源的有效手段。
• 信号量是一个整数
  • 当信号量>=0时，代表可供并发进程使用的资源数量
  • 当信号量<0时，表示处于阻塞状态的进程的个数
• wait(S) ，也称为P操作； signal(S) ，也称为V操作

二、信号量的应用

1.利用信号量实现进程互斥

   进程的互斥是指系统中多个进程因争用临界资源而互斥执行。在多道程序系统环境中，各进程可以共享各类资源，但有些资源一次只能供一个进程使用，称为临界资源（CriticalResource，CR)，如打印机、共享变量和表格等。    为使多个进程互斥的访问某临界资源，须为该资源设置一互斥言号量mutex，并设其 初始值为1，然后将各进程访问资源的临界区CS置于wait(mutex)和signal(mutex)之间即可。

2.利用信号量实现前驱关系

   设有两个并发执行的进程P1和P2，P1中有语句S1，P2中有语句S2，希望在S1执行后再执行S2。 使进程P1和P2共享一个公用信号量S，并赋予 其初值为0。

3.利用记录型信号量实现同步

   在计算机系统中，多个进程可以并发执行，每个进程都以各自独立的、不可预知的速度向前推进，但是需要在某些确定点上协调相互合作进程间的工作。例如，进程A向缓冲区送数据，进程B从缓冲区取数据加工，当进程B要取数据加工时，必须是进程A完成了向缓冲区送数据的操作，否则进程B必须停下来等待进程A的操作结束。 可见，所谓进程间的同步是指在系统中一些需要相互合作，协同工作的进程，这样的相互联系称为进程的同步。

   p1，p2两进程因合作完成一项任务而共用一个变量x。进程p2将处理结果送入x;进程P1将x的结果打印。

分析：
1.刚开始 empty 信号量=1 因为刚开始缓冲区是空的；full=0，缓冲区中没有数据，所以full=0

2.先看p2，因为p2往缓冲区中放入数据后，p1才能取出打印，所以先 wait(empty) ，申请到信号量后，将x放入缓冲区，然后将 full 信号量+1，p1才能申请到信号量（执行这一步的时候full信号量为0，p1申请不到信号量，只有这一步最后执行完将full+1，p1才能开始执行，也就实现了同步的效果）

3.因为上一步最后把full信号量+1，所以p1可以申请到信号量，然后打印x，再将 empty 信号量+1

三、例题：

信号量提示：

技巧：前驱图中有几个有向边就设置几个信号量、执行前先要进行 wait-P 操作然后进行 signal-V 操作

四、参考

利用信号量实现进程互斥：
进程互斥是指多个进程在访问共享资源时，需要相互排斥，以避免对共享资源的冲突访问。利用信号量可以很容易地实现进程互斥。我们可以为共享资源设置一个二元信号量，初始值为1，表示该资源可用。当一个进程要访问该共享资源时，它需要首先获取该信号量，将其减1，然后才能访问该资源。当该进程完成对该资源的访问后，需要将该信号量加1，表示该资源已经释放，其他进程可以访问该资源。这种方法可以确保同一时间只有一个进程可以访问该资源。
利用信号量实现前驱关系：
前驱关系是指一个节点在有向图中的前置节点。利用信号量可以很容易地实现前驱关系。我们可以为每个节点设置一个信号量，表示它是否可以被访问。当一个进程要访问某个节点时，它需要首先获取该节点的前置节点的信号量，然后才能获取该节点的信号量。如果前置节点的信号量为0，则当前进程需要等待，直到前置节点的信号量为1。这种方法可以确保每个节点只有在其前置节点完成访问后才能被访问。
利用信号量实现进程同步：
进程同步是指多个进程在执行过程中需要相互协调，以避免对共享资源的冲突访问。利用信号量可以很容易地实现进程同步。我们可以设置一个计数信号量，初始值为0，表示当前没有进程可以执行。当一个进程完成一定的操作后，需要将该信号量加1，表示有一个进程可以执行。当其他进程需要执行时，它们需要首先获取该信号量，如果信号量的值大于0，则可以执行，否则需要等待。当一个进程完成操作后，需要将该信号量减1，以便其他进程可以执行。这种方法可以确保多个进程在执行过程中相互协调，以避免对共享资源的冲突访问。