【Linux】浅谈信号量

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tips：system V 是一套标准，共享内存，信号量，消息队列属于system V。

一、共享内存的弊端

进程A和进程B进行通信时，假如进程A向物理内存的共享区写入"Hello World"，但是当进程A写入了"Hello"时，进程B就向内存读取了，所以只读取到了"Hello"，这就导致进程A想向进程B发送的信息，进程B读取不完整，导致了数据的不完整！

因为共享内存是没有任何保护机制的！！

不同于管道，管道拥有同步和互斥问题，可以解决数据不一致问题。

为了解决上述问题，先引入几个概念。

新概念引入

• 1.当A和B看到的同一份资源，这份资源叫做共享资源，如果不加保护，可能会导致数据不一致问题。
• 2.只允许一个执行流访问共享资源，那么这份资源就具有互斥功能。
• 3.如果一份资源，任何时刻只允许一个执行流访问，这份资源叫做临界资源。而临界资源，一般是内存。比如管道也是临界资源。
• 4.假如有100行的代码，我们此时在实现通过管道进行进程间通信，而我们访问管道的方式就是通过代码访问的，管道又是临界资源，所以访问管道的那几行代码，5~10行代码，才是在访问临界资源，而访问临界资源的这部分代码，叫做临界区。

为什么在多进程，多线程并发打印时，打印的内容是错乱的？？

多个进程要向同一块显示器上打印信息，就先保证所有进程都看到同一份资源。而显示器也是文件，也属于一份共享资源，由于没有加以任何保护，在进程1打印的同时，进程2也向显示器文件打印，就造成了混乱问题。

二、理解信号量

信号量的本质是一把计数器，类似但不等于 int count = n;

是描述临界资源数量的多少！！！

当我们去看电影的时候，我们还没看，要先买票。买票的本质是对资源的预定机制。
那么票数的计数器，每卖一张票，就要对计数器-1，也就意味着电影院里面的资源就少一个！
当票数计数器为0的时候，电影院的资源就被申请完毕了。

与临界资源（只能有一个执行流访问资源）相对应：
最担心的情况就是：

• 一份临界资源，有多个执行流访问。
• n份临界资源，有 > n的执行流访问，就会出现第一种情况。

所以为了解决这个问题，就有了计数器的概念。
在操作系统的管理中，临界资源是有限的，当执行流申请访问资源时，操作系统就会通过分配算法给执行流分配临界资源，从而保证不同的执行流访问不同的临界资源。并且当临界资源计数器 = 0时，临界资源被申请完毕，还有执行流想要申请临界资源时，操作系统就会禁止该执行流申请资源。

所以，管道的互斥就可以解释成：只有一个执行流在访问临界资源，就叫做互斥！

结论：

• 1.申请计数器成功，表示我当前具有访问资源的权限。
• 2.申请了计数器资源，我当前可以不访问我要的资源，因为此时我申请计数器资源是对资源的预定机制。
• 3.计数器可以有效保证进入临界资源的执行流的数量。
• 4.每一个执行流想要访问临界资源，就先申请计数器资源。程序员把这个计数器资源，叫做信号量。
• 5.我们把值为只有0，1两态的计数器，叫做二元计数器；本质上就是锁。

那为什么要让计数器的值为1呢？
当我们把临界资源看成一个整体，此时就只有一个执行流能申请到该临界资源。整体申请，整体释放！这就是互斥！！！

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但是，要访问临界资源，就先申请计数器资源。

计数器资源的存在就是为了保护临界资源只能有一个执行流访问的。

计数器资源也是共享资源，因为它能被多个执行流看到，能被多个执行流申请资源它要保护别人，就得先保护自己！！！

然而， 计数器本身并不是安全的。

int count = 1;
count--;

其中count--这条语句，在c语言上就是一条代码，但是在汇编层面上，就会被翻译成3条语句：
1.count变量的内容，从内存拷贝到CPU的寄存器中
2.CPU内对count进行–
3.将计算结果拷贝回count变量的内存位置。

具体怎么不安全后面会讲。

原子性

我们在申请信号量资源时，本质是对计数器–，这个操作叫做P操作。
在释放信号量资源时，本质是对计数器++，这个操作叫做V操作。

所以，在信号量的申请和释放的操作，就叫做PV操作。这个操作叫做原子的！！！

而原子性的概念简单理解为：要么不做，要做就做完，没有正在做的概念！！！

为什么把PV操作叫做原子的呢？

PV操作本质是对计数器–，++的操作。
翻译成汇编语句后，每一条汇编语句就是原子的！！！

因为一条汇编语句，只能是要么没有执行，要么已经执行，没有正在执行的说法！