信号量的应用

怼烎@ 2023-07-12 14:10 1阅读 0赞

## 利用信号量实现进程互斥 ##

为使多个进程互斥的访问某临界资源，须为该资源设置一个互斥信号量mutex，并设初始值为1，然后将各进程访问资源的临界区CS置于wait(mutex)和signal(mutex)之间。

例如用记录型信号量实现两个进程互斥适用一个打印机：

semaphore  mutex =1;        //表示打印机
            begin
            parbegin
                p1: begin
                           repeat
                               … …
                               wait(mutex);
                               使用打印机
                               signal(mutex);
                               … …
                            until false;
                        end
                p2: begin
                           repeat
                              … …
                              wait(mutex);
                              使用打印机
                              signal(mutex);
                              … …
                          until false; 
                     end
            parend 
            end

## **利用信号量实现前驱关系** ##

假设有两个并发执行的进程P1、P2，P1中有语句S1，P2中有语句S2，希望在S1执行后执行S2。解决办法是：使进程P1、P2共享一个公共信号量S，并对S赋值为0。

进程P1：   S1;
               signal(S);
    
    进程P2：   wait(S);
               S2;

由于S初始值是1，进程P2的wait操作是无法通过的，所以S2语句执行不了。而进程P1没有wait操作，可以直接执行S1语句，然后执行signal语句，S++，这时进程P2可以全部执行完了。

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根据第一个简单的例子，可以推出复杂前驱关系时的代码：

第一步：假设S1到S2的共享信号量为a

semaphore a = 0;
        begin
            parbegin
                begin S1; signal(a); end;
                begin wait(a); S2; end;
            parend
        end

第二步：假设S1到S3的共享信号量为b

semaphore a, b = 0;
        begin
            parbegin
                begin S1; signal(a); signal(b); end;
                begin wait(a); S2; end;
                begin wait(b); S3; end;
            parend
        end

第三步：假设S2到S4的共享信号量为c

semaphore a, b, c = 0;
        begin
            parbegin
                begin S1; signal(a); signal(b); end;
                begin wait(a); S2; signal(c); end;
                begin wait(b); S3; end;
                begin wait(c); S4; end;
            parend
        end

第四步：假设S2到S5的共享信号量为d

semaphore a, b, c, d = 0;
        begin
            parbegin
                begin S1; signal(a); signal(b); end;
                begin wait(a); S2; signal(c); signal(d); end;
                begin wait(b); S3; end;
                begin wait(c); S4; end;
                begin wait(d); S5; end;
            parend
        end

第五步：假设S3到S6，S5到S6，S4到S6的共享信号量分别为e、f、g

semaphore a, b, c, d, e, f, g = 0;
        begin
            parbegin
                begin S1; signal(a); signal(b); end;
                begin wait(a); S2; signal(c); signal(d); end;
                begin wait(b); S3; signal(e); end;
                begin wait(c); S4; signal(g); end;
                begin wait(d); S5; signal(f); end;
                begin wait(e); wait(f); wait(g); end;
            parend
        end

## 利用记录型信号量实现同步 ##

p1，p2两进程因合作完成一项任务而共用一个变量x。进程p2将处理结果送入x，进程p1将x的结果打印。如何实现合作关系？

semaphore empty=1;  //变量x可赋值使用，即P1的print(x)已完成
    semaphore full=0;   //变量x已赋值，即P1可print(x)
        begin
            parbegin
                p1: begin
                           repeat
                              … …
                              wait(full);
                              print(x)；
                              signal(empty);
                              … …
                          until false;
                    end
                p2: begin
                           repeat
                             … …
                             wait(empty);
                             x:=处理结果；
                             signal(full);
                             … …
                           until false; 
                    end
    
            parend
        end

这里利用了信号量机制实现了同步模式，和生产者消费者模型类似，防止了死锁的发生。在记录型信号量多资源共享发生死锁的时候是用AND型信号量进行处理的，这里说明了记录型信号量解决死锁问题的方法。

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