第二章 进程的描述与控制3

2.3信号量机制

1、信号量机制是一种卓有成效的进程同步工具。

（一）整型信号量

1.信号量定义为一个整型量；

2.根据初始情况赋相应的值；

3.仅能通过两个原子操作来访问。

P操作:  wait(S){

              While (S<=0)    do no-op;

               S--;

                    }

V操作:  signal(S){

              S++;

                }

4、利用整型信号量实现对临界资源的互斥使用

5、整型信号量符合有限等待原则但不符合让权等待原则。

(二)记录型信号量

1、不仅要有值的处理，还有队列的处理。此时形成记录型数据结构，包括两部分：

1）整型变量value(代表资源数目)            2）进程链表L(链接所有等待进程)

2、定义信号量semaphore代表可用资源实体的数量。

     Value>0，表示当前可用资源的数量；

     Value≤0，其绝对值表示等待使用该资源的进程数，即在该信号量队列上排队的PCB的个数。

3、先修改资源数，再判断处理。

P操作：wait(){

              S->value--;

             if  (S->value< 0)  then  block(S->list);

              }

V操作: signal(){

            S->value++;

           if  (S.value<= 0) then wakeup(S->list);

          }

4、建立一个信号量必须经过说明，包括

1）信号量所代表的意义

2）赋初值

3）建立相应的数据结构，以便指向等待使用临界区的进程。

（三）信号量的基本应用

1、实现进程互斥

1）互斥信号量mutex初值为1；

2）每个进程中将临界区代码置于P(mutex)和V(mutex)原语之间

3）必须成对使用P和V原语（在同一进程中），不能次序错误、重复或遗漏：

     遗漏P原语则不能保证互斥访问，遗漏V原语不能在使用临界资源之后将其释放。

2、实现进程间的前趋关系（有序）

1）信号量值为0的点是限制的关键所在；

2）成对使用P和V原语（在有先后关系的两个进程中），不能次序错误、重复或遗漏，否则同步出错。

（四）AND型信号量

1、出现原因：

一些应用往往需要两个或多个共享资源，而不是前述的一个资源。进程同时要求的共享资源越多，发生死锁可能性越大。

2、解决思想：

  一次性分配给进程所需资源，用完一起释放。Wait操作时对它所有需要的资源都要判断。

3、

Swait(S1,S2,…, Sn)

   if（S1 >=1 and … and Sn>=1 ）then

       for i:=1 to n do

          Si:= Si -1 ;

       endfor

   else

      将进程阻塞在第一个不能满足资源信号量的队列中。

   endif

Ssignal(S1, S2, …, Sn)

   for i:=1 to n do

      Si:= Si +1 ;

      唤醒所以与si相关的阻塞进程

   endfor   

（五）信号量集

1、引入原因：

1）每次只能获得或释放一个单位的资源，低效；

2）某些时候资源分配有下限的限制；

修改：在大于可分配设置的下界值t前提下，每次可分配d个

2、AND信号量机制上加以扩充，每种资源参数有三：

S为信号量（现有值）；

t为下限值（现有不能少于该条件）；

d为需求值；

Swait(S1,t1,d1, …, Sn, tn, dn)

   if S1>=t1 and… and Sn>=tn then

       for i:=1 to n do

          Si:= Si - di ;

       endfor

   else

…

   endif

Ssignal(S1, d1, …, Sn, dn)

   for i:=1 to n do

      Si:= Si +di ;

      ….

   endfor

（六）信号量题目做题一般方法：

1.分析问题，找出同步、互斥关系

2.根据资源设置信号量变量

3.写出代码过程，并注意P、V操作的位置

4.检查代码，模拟机器运行，体验信号量的变化和程序运行过程是否正确。