L16 & L17 进程同步与信号量 & 信号量临界区保护

进程推进的合理有序同步——信号量
等待是进程同步的核心
信号量的出现是对于如果有多个P的时候，只有信号是不能唤醒所有生产者的，只能唤醒一个生产者。

• 信号只能唤醒一个生产者

信号量小于0对应的是有多少个进程睡眠了

• 要学会等待（观察信号量是否为负，如果是负数就需要等待）

停是很重要的

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• 用临界区来保护信号量
• 用信号量来支持进程的同步

信号量（整型变量）

互斥

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让进程之间的合作变得合理有序
实现这个的依据是信号量
想象一个司机和售票员的例子，司机要启动车辆，这个时候应该让售票员先关门，然后发一个信号，然后司机可以启动车辆，我们说司机是在等待一个信号。
同理，司机停车了，就需要发送一个信号给售票员，然后售票员才能开门。

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等待就是阻塞，这个也是进程同步的核心。

比如说生产者--消费者模型，当缓冲区满的时候，就要停下来，不然会溢出。如果缓冲区空了，就不敢再消费了，已经没有东西可以消费了。

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引出信号量

之前的信号在程序里面的体现是counter，信号表示的只是有或无，它只能唤醒一个进程，然后就无效了，如果有n个进程，那么剩下的n - 1个进程就会一直sleep下去。所以我们需要一个量——信号量来表示有多少个进程在睡眠，唤醒的时候需要唤醒多少个进程。

信号量——记录有多少个进程睡眠了

如果只有信号的话，只能是发信号还有等信号，对应的是唤醒和睡眠。

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如果有了信号量的话，我们用sem来表示，根据sem是多少来决定是唤醒还是睡眠，如果sem已经小于0了，那就睡眠，然后消费者进程看到sem小于0了，就会去唤醒。

这样子就实现了进程的走走停停

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习题

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P操作和V操作

• P操作对应的是消费者
• V操作对应的是生产者
  睡眠和唤醒对应的是都是信号量是否会小于0

P和V的2段代码

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生产者在共享缓冲区的时候，消费者不能进去
消费者在共享缓冲区的时候，生产者不能进去

实现这一点是需要靠互斥信号量来实现

为什么要保护信号量

因为多个进程会共同修改信号量，这样会导致信号量的语义错误。这种错误就称为——

和调度有关的共享数据语义错误

什么是临界区？

假如A进程有段代码，B进程有段代码，他们俩都有一个小部分的代码涉及到了相同的信号量，那么这一小部分就是临界区，临界区的执行是一个原子操作——一个进程进去后修改完才能解锁。

临界区是成对or成组出现的

互斥——不能同时进入

死锁预防就是2个方法

• 一次性申请所有资源
• 按序等待

死锁避免

找到一个安全序列（通过银行家算法）

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死锁避免的代价太大了

因为每一个进程Pi每次申请的时候，都要进行一次银行家算法，看是否会引起死锁，时间复杂度太高

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死锁检测和恢复

发现问题，检测到问题用的还是银行家算法，不过执行的次数少了一些了。
恢复的时候采用的是进程回滚，回滚到一定程度了看看是否还会死锁。

但是选择谁回滚，和实现回滚都比较麻烦。

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死锁忽略的方法

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死锁

多个进程由于互相等待对方持有的资源，从而导致任何一个进程都无法执行的情况。

死锁的成因

• 互斥——一个资源被A进程占用后，其他进程无法使用
• A进程占有了资源后，不释放，还要去申请其他的资源

好比已经占有了一条路，还要继续前进到其他的道路

• 环路等待——每个进程占有的资源和想要申请的资源形成了一个环路

相当于每辆公交车已经有了自己的车道，还想要去占别人的车道，但是别人不让，所以就僵持住了。

死锁的4个必要条件

• 互斥使用
• 不可抢占——资源只能进程自己放弃，比如公交车自己开走

上面2点都是资源的固有属性

• 请求和保持——进程已经有了一个资源还不释放，同时去申请其他的资源

• 循环等待

  
  
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死锁本身的出现就是一个小概率事件