信号量、互斥锁、计数信号量

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信号量(semaphores)一个多进程共享的非负整型全局变量。信号量常用于多进程的进程同步。

介绍

信号量（semaphores）是一个简单的多进程共享的非负整型全局变量。
信号量简称为s，它除了初始化外只能通过两个标准原子（原子：一个进程修改信号量时，信号量不可被其他进程修改）操作：wait() 和 signal() 来访问。

wait()

wait()操作（也称 P 操作，荷兰语proberen,测试的意思），测试是否有其他进程使用该资源。\

Talk is cheap.Show you the code.。

wait(semaphores S) {
    while(S <=0)
         ;// no operator
    S--;
}

那个while循环里面只有一个;，表示不进行任何操作。在这个循环里，该进程被挂起，不能访问临界资源或共享资源。


引用CSAPP中的话。

如果 s 是非零的，那么 P 将 s-1，并且立即返回。如果 s 为零，那么就挂起这个进程，直到 s 变为非零，而一个 V 操作会重启这个线程。在重启之后，P 操作将 s 减1并将控制返回给调用者。

signal()

signal()操作（也称 V 操作，荷兰语verhogen，增加的意思）。

Show you the code.

V(semaphores S) {
    S++;
}

二元信号量（互斥锁）

二元信号量(binary semaphore)只有两个值（0或1），初始的二元信号量为1。
s == 0表示共享资源正在被占用，其他进程挂起等待。
s == 1表示共享资源空闲，可以被进程使用。


P操作在二元信号量中也叫上锁，V操作在二元信号量中也叫解锁。通常会在一段代码前上锁，然后运行完这段代码解锁。比如下面这段代码。

void gdt_free_sel(int sel) {
    mutex_lock(&mutex);
    gdt_table[sel/sizeof(segment_desc_t)].attr = 0;
    mutex_unlock(&mutex);
}

当然，在互斥锁在实际中的使用并不是像上面那样只是增加计数，真正的应用还涉及到添加到等待队列等等。


给个互斥锁的例子。

/**
 * 申请锁
 */
void mutex_lock (mutex_t * mutex) {
    irq_state_t state = irq_enter_protection();

    task_t * curr = task_current();
    if (mutex->locked_count == 0) {
        // 没有任务占用，占用之
        mutex->locked_count++;
        mutex->owner = curr;
    } else if (mutex->owner == curr) {
        // 已经为当前任务所有，只增加计数
        mutex->locked_count++;
    } else {
        // 有其它任务占用，则进入队列等待
        task_set_block(curr);
        list_insert_last(&mutex->wait_list, &curr->wait_node);
        task_dispatch();
    }

    irq_leave_protection(state);
}

计数信号量

计数信号量(Counting Semaphore)的信号量值的范围取决于共享资源分的实例个数。



如图，共享资源有两个实例，sem的值就是当前空闲的实例。当前进程A占用了实例一，进程B占用了实例二，所以sem=0进程C就挂起等待。