【操作系统总结】进程同步的信号量机制

信号量机制是由dijkstra 1965年提出，是解决进程同步重要的工具

下面方法适用与几个进程访问同一个临界区

整形信号量

定义一个表示资源数目的整形信号量S，仅能同步P, V操作改变。原始值S=1，每一个进程来的时候会执行：

1. 首先执行wait()操作，如果信号量s<=0就会一直检测并阻塞
2. 如果不小于0就会进入临界区，并把S设为0，保证其他进程无法进去临界区
3. 在临界区执行完，再把信号量设置回来。

wait(S) {
    while(S <= 0);//资源如果小余0就会阻塞。一直在这边检测
    S--;//进入临界区就会将
}

signal(S) {
    S ++;//在临界区执行完了，就会把信号量+1
}

记录型信号量

整形信号量没有遵循”让权等待原则”，进程一但进不去临界区就在那一直检测，不释放处理机，所以有了记录型信号量

1. 首先一个进程请求该类资源，执行wait操作，发现value<0，就进入阻塞，插入链表，释放处理机
2. 进程不再使用该资源了，就会执行signal操作，发现value小于0，表示还有进程在等待，就会唤醒链表中的阻塞队列

信号量S是一个结构

typedef struct {
    int value;//表示资源数目的整形变量
    struct process_control_block *list;//进程链表，阻塞的进程都会放到这里
}

wait(semaphore *S) {
    S->value--;//首先执行wait操作，就将value-1,
    if(S->value < 0) bolck(S->list);//如果发现value小于0，就会阻塞，把进程放入链表中
}

signal(semaphore *S) {
    S->value ++;//让value+1
    if(S->value <= 0) wakeup(S->list);//如果发现还是小于0，证明还有进程在阻塞，唤醒链表中的第一个进程
}

下面是针对多个并发进程访问多个临界资源

AND型信号量

AND型信号量思想，就是把进程整个运行中需要的资源，一次性的全部分配给他，然后进程执行完了，再一次性释放。如果有一个未分配，其他资源也不分配给这个进程，这样就可以避免死锁问题

1. 进程先执行Swait操作，如果所有资源都可以分配，就把所有资源分配给这个进程
2. 当进程执行完了，就会Ssignal操作释放资源，然后唤醒等待队列中另一个进程

Swait(S1, S2,.........Sn) {
    while(true) {
        if(S1>=1&&....&&Sn>=1) {//检测所有的资源都可以分配
            for(i = i; i<n; i++) {
                for(i = i; i<n; i++) Si--;//所有的资源数量-1
                break;
            }
        }
        else {
            //进入阻塞队列，等待资源
        }
    }
}

Ssignal(S1, S2,......Sn) {
    while(true) {
    for(i=1; i<n;i++) {//释放所有的资源
            Si++;
            //唤醒等待队列中的进程
        }
    }
}

信号量集

上面的只能对信号量执行+1或者-1操作，每次只能对资源进行一个单位的申请或者释放，当需要N个单位的时候，就要执行N此wait操作，这样很低效

机遇AND型信号量的扩充—>信号量集

1. 该资源的分配下限是ti
2. 当资源Si高于他的分配下限的时候可以分配也就是 Si > ti;
3. di是进程对该资源的需求量，分配资源以后要进程Si = Si - di
4. 当进程不需要资源的时候，释放就要进行Si = Si + di;

Swait(S1, t1, d1,.........Sn, tn, dn) {
    while(true) {
        if(S1>=t1&&....&&Sn>=tn) {//检测所有的资源都可以分配
            for(i = i; i<n; i++) {
                for(i = i; i<n; i++) Si = Si - di;//所有的资源数量d1,所需的资源量
                break;
            }
        }
        else {
            //进入阻塞队列，等待资源
        }
    }
}

Ssignal(S1, d1,......Sn, dn) {
    while(true) {
    for(i=1; i<n;i++) {//释放所有的资源
            Si = Si + di;
            //唤醒等待队列中的进程
        }
    }
}

特殊情况

1. Swait(S, d, d)只有一个信号量，也就是只需要这一个资源，现有资源不能小余d
2. Swait(S, 1, 1)就是一般的信号量机制（整形信号量机制）
3. Swait(S, 1, 0)当S >= 1时，允许多个进程进入临界区，否则就会组织任何进程进入临界区