2.3.4 信號量機制

? 在前兩節中我們分別學習了用軟件方式以及硬件方式實現互斥訪問，但是他們或多或少的存在一些問題，1965年荷蘭的一名學者迪杰斯特拉（是的，就是那個男人）提出了信號量機制，有效的解決了進程互斥與進程同步問題。

目錄

2.3.4 信號量機制

2.3.4.1 信號量機制概述

2.3.4.2 整型信號量

2.3.4.3 記錄型信號量

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2.3.4.1 信號量機制概述

? 操作系統可以用一對操作原語來對信號量進行操作從而實現進程同步和進程互斥。

? 信號量：一種變量，可以用它來表示系統中某資源的數量

? 一對原語：wait(S) 原語和 signal(S) 原語，原語具有一氣呵成不可中斷的特性，它是由關中斷來實現的，我們可以將原語看作不可中斷的函數，函數所使用的參數是S（信號量），我們還經常用P，V來分別表示wait原語以及signal原語。

2.3.4.2 整型信號量

? 之前提到，信號量可以表示某資源的數量，整形信號量就表示這個資源的數量可以用整型數來表示。整形信號量與普通的整型變量是不一樣的，整型信號量只能進行初始化、P、V操作。

??在整形信號量中，wait與signal的邏輯如下：假如有一臺計算機可供使用

int S = 1; //表示系統中只有一個資源可以使用void wait(int S){ //wait原語就相當于“進入區”，完成檢查以及上鎖的工作while(S <= 0); //檢查資源是否夠用，如果資源不夠就等待釋放資源S--; //資源夠用，占用一個資源并上鎖 }void signal(int S){ //相當于退出區S++; //將資源釋放，解鎖 }P1: wait(S); //進入區，申請資源 使用計算機; //臨界區，訪問資源 signal(S); //退出區，釋放資源P2: wait(S); //進入區，申請資源 使用計算機; //臨界區，訪問資源 signal(S); //退出區，釋放資源 .........

? 在上述代碼中，如果資源不夠，那么會一直等待資源的分配，不滿足讓權等待，會造成忙等。

2.3.4.3 記錄型信號量

??整型信號量的缺陷是存在“忙等”問題，因此人們又提出了“記錄型信號量”，即用記錄型數據結構表示的信號量。

typedef struct{int value; //表示資源struct progess *L; //等待隊列 }semaphore; //定義了一個結構體，并用semaphore來代替結構體命名變量void wait(semaphore S){S.value--; //申請資源if(S.value<0){ //如果剩余資源數不夠，使用block原語使進程從運行態進入阻塞態block(S.L);} }void signal(semaphore S){S.value++; //釋放資源if(S.value<=0){ //釋放資源后，還有別的進程在等待這種資源，則使用wakeup 原語喚醒它wakeup(S.L);} } ?S.value 的初值表示系統中某種資源的數目。對信號量 S 的一次 P 操作意味著進程請求一個單位的該類資源，因此需要執行 S.value--，表示資源數減1，當S.value < 0 時表示該類資源已分配完畢，因此進程應調用 block 原語進行自我阻塞（當前運行的進程從運行態->阻塞態），主動放棄處理機，并插入該類資源的等待隊列 S.L 中。可見，該機制遵循了“讓權等待”原則，不會出現“忙等”現象。 對S 的一次 V 操作意味著進程釋放一個單位的該類資源，因此需要執行 S.value++，表示資源數加1，若加1后仍是 S.value <= 0，表示依然有進程在等待該類資源，因此應調用 wakeup 原語喚醒等待隊列中的第一個進程（被喚醒進程從阻塞態->就緒態）。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统（二十一）信号量机制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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