操作系统复习笔记4

1、queueType队列类型

队列中的数据也呈线性排列。虽然与栈有些相似，但队列中添加和删除数据的操作分别是在两端进行的。

线性表有顺序存储和链式存储，队列作为一种特殊的线性表，也同样存在这两种存储方式。

1.1 顺序队列

用数组存储队列，即利用一组地址连续的存储单元依次存放队列中的元素。为了避免当只有一个元素时，队头和队尾重合使得处理变得麻烦，所以引入两个指针(头尾指针)：front指针指向队头元素，rear指针指向队尾元素的下一个位置。初始化时的头尾指针，初始值均为0。入队时尾指针rear加1，出队时头指针front加1，头尾指针相等时队列为空。

初始化为空队列，头尾指针相等

每一次有元素入队，尾指针加1，头指针不变，尾指针始终指向队尾元素的下一位

每一次有元素出队，则尾指针不变，头指针加1

最后所有元素出队，则头指针再次和尾指针相等，说明队列空了

当尾指针已经指向了队列的最后一个位置的下一位置时，若再有元素入队，就会发生“溢出”。

如何解决“溢出”问题呢：循环队列。

1.2 循环队列

顺序队列的 “假溢出” 问题：队列的存储空间未满，却发生了溢出。比如尾指针现在虽然已经指向了最后一个位置的下一位置，但是之前队头也删除了一些元素，那么头指针经历若干次的加1之后，留出了很多空位置，但是顺序队列还在傻乎乎的以为再有元素入队就溢出呢！肯定不合理。故循环队列诞生！

所以解决"假溢出"的办法就是后面满了，就再从头开始，也就是头尾相接的循环。我们把队列的这种头尾相接的顺序存储结构称为循环队列。将新元素插入到第一个位置上，入队和出队仍按先进先出的原则进行，操作效率高，空间利用率高。

虽然使用循环队列，解决了假溢出问题，但是又有新问题发生——判空的问题，因为仅凭 front = rear 不能判定循环队列是空还是满。比如如图：

空循环队列front = rear

满循环队列front = rear

解决办法：

1. 设置一个标志变量flag， 当front == rear，且flag = 0时为队列空，当front== rear，且flag= 1 时为队列满。
2. 办法二是当队列空时，条件就是front = rear，当队列满时，我们修改其条件，保留一个元素空间。也就是说，队列满时，数组中还有一个空闲单元。

2、信号量

2.1 整型信号量

除了初始化之外，只能用P、V操作

2.2 记录型信号量

添加了链表结构。

2.3应用

信号量一般用于进程的同步和互斥，后面结合方法再细说。

3、经典同步问题

3.1 生产者-消费者问题

总的来说，就是三个部分，一个生产，一个存放，一个取走。

Semaphore full = 0; 满缓冲区数目
Semaphore empty = n; 空缓冲区数目
Semaphore mutex = 1; 对有界缓冲区进行操作的互斥信号量

Producer()
{
    while(true)
    {
        Produce an item put in nextp; nextp为临时缓冲区
        P(empty);    申请一个空缓冲区
        P(mutex);    申请使用缓冲池
        将产品放入缓冲池
        V(mutex);    缓冲池使用完毕，释放互斥信号量
        V(full);    增加一个满缓冲池
      }
}

Consumer()
{
    while(true)
    {
        P(full);     申请一个满缓冲区
        P(mutex);     申请使用缓冲池
        取出产品
        V(mutex);    缓冲池使用完毕，释放互斥信号量
        V(empty);    增加一个空缓冲池
        Comsumer the item in nextc;    消费掉产品
    }
}