信号量机制实现进程控制

╰半夏微凉° 2022-12-23 00:34 156阅读 0赞

## 一、信号量机制实现进程互斥 ##

我们将一次仅允许一个进程访问的资源称为`临界资源`，而`临界区`是指访问`临界资源`的那段代码。

通常将互斥信号量设置为 `mutex` ，初始值为 `1`。

为什么初始值设置为 1 呢？

> 因为数值表示访问临界资源的进程数量，作为进程互斥，同时就只能有一个进程访问临界资源，所以是 1 。

对于不同的临界资源，需要设置不同的互斥信号量。

这里来看一段代码：

semaphore mutex = 1; // 初始化信号量
    
    P1(){ 
    	...
    	P(mutex);	//使用临界资源前需要加锁
    	临界区代码段...
    	V(mutex);	//使用临界资源后需要解锁
    	...
    }
    
    P2(){ 
    	...
    	P(mutex);
    	临界区代码段...
    	V(mutex);
    	...
    }

按照代码的顺序模拟一下互斥操作：

1.  首先执行 P1 进程，执行到 `P(mutex)` 会将 `mutex` 的值减一，此时 `mutex=0`；
2.  然后执行 P1 的代码，此时如果切换到 P2 进程，那么执行 P 操作之后 `mutex=-1`，那么 P2 进程就会执行 `block` 原语把自己阻塞起来；
3.  一直到 P1 执行完 V 操作，`mutex` 值加一，然后唤醒 P2 进程。

> P 操作是对资源的申请，V 操作是对资源的释放，PV 操作必须成对出现。

## 二、信号量机制实现进程同步 ##

进程同步的目的就是要让并发进程按照要求有序地推进。

P1(){ 
    	代码1;
    	代码2;
    	代码3;
    }
    
    P2(){ 
    	代码4;
    	代码5;
    	代码6;
    }

上面的代码由于异步性导致执行顺序是不可预知的。

但是有时候我们必须要保证代码的执行顺序，假设 代码4 是基于 代码3 的执行结果来的，所以3必须在4前面执行。

我们可以设置一个同步信号量 `S=0`；

然后在前一个操作之后执行 V 操作，在后一个操作之前执行 P 操作。

semaphore S = 0；	//初始化信号量为0
    
    P1(){ 
    	代码1;
    	代码2;
    	代码3;
    	V(S);
    }
    
    P2(){ 
    	P(S);
    	代码4;
    	代码5;
    	代码6;
    }

如果先执行 P2，他会执行 `block` 原语阻塞自己，从而得以先执行 P1 保证执行顺序。

## 三、信号量机制实现前驱关系 ##

前驱图如下所示：  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzk0MTM2NA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center][]  
即有 6 个代码，需要按照图中的顺序执行。

解决这个问题可以分 3 步：

1.  首先为每一对前驱关系设置一个同步变量；
2.  在前操作之后对相应的同步变量执行 V 操作；
3.  在后操作之前对相应的同步变量执行 P 操作。

所以结果如下：

semaphore a = 0；	//初始化信号量为0
    semaphore b = 0；
    semaphore c = 0；
    semaphore d = 0；
    semaphore e = 0；
    semaphore f = 0；
    semaphore g = 0；
    
    P1(){ 
    	S1;
    	V(a);
    	V(b);
    }
    
    P2(){ 
    	P(a);
    	S2;
    	V(c);
    	V(d);
    }
    
    P3(){ 
    	P(b);
    	S3;
    	V(g);
    }
    
    P4(){ 
    	P(c);
    	S4;
    	V(e);
    }
    
    P5(){ 
    	P(d);
    	S5;
    	V(f);
    }
    
    P6(){ 
    	P(e);
    	P(f);
    	P(g);
    	S6;
    }

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