用信号量实现进程互斥, 同步, 前驱关系

回顾:

信号量

对应一种资源

信号量的value:

资源的剩余数量

如果小于0表示有进程在等待该资源

P操作:

申请一个资源

如果资源不够就阻塞该进程

V操作

释放一个资源

并检查是否仍有进程等待该资源, 有则唤醒一个进程

实现进程互斥

步骤

1. 确定临界区
   即确定哪段代码用于访问临界资源

2. 设置 互斥信号量 mutex, 并初始化

3. 进入区进行P(mutex)操作以申请资源
   回顾进程互斥的四个逻辑部分
   

4. 退出区进行V(mutex)操作以释放资源
   

英文翻译:
mutex: 互斥体
semaphore: 信号量

使用semaphore mutex方式定义信号量一般认为是记录型信号量
typedef struct {
	int value;
	struct process *L;
}semaphore;
1
2
3
4
5
6
7
8
9

注意事项

1. 使用semaphore mutex方式定义信号量一般认为是记录型信号量
2. 对于不同的临界资源需要设置不同的互斥信号量
3. PV操作必须成对出现
   缺少P则无法保证临界资源的互斥访问
   缺少V则导致资源无法被释放, 且等待进程无法被唤醒

实现进程同步

回顾

什么是进程同步?

由于进程的并发执行导致的异步的特性, 我们无法确定不同进程中指令的执行顺序

为什么需要进程同步?

比如进程1的指令1必须要在进程2的指令3后面执行, 这时候就需要我们提供进程同步机制来实现

如何利用PV操作来实现进程同步?

考虑P操作中资源数为0时的情况

先对value–, 然后发现value<0, 该进程阻塞

所以我们可以利用如上特性, 阻止代码的执行

实现进程同步的步骤

1. 确定需要进行进程同步的地方,
   即哪部分要在前面执行,
   哪部分要在后面执行

2. 设置同步信号量S, S.value初始化为0

3. 添加PV操作
   先执行的代码的末尾添加V(S)操作
   后执行的代码的开头添加P(S)操作

semaphore S = 0;

P1 ( ) {
	代码1;
	代码2;
	V(S);
	代码3;
}

P2 ( ) {
	P(S);
	代码4;
	代码5;
	代码6;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

如上代码中, 代码1,2必然在代码4,5前执行

在没有执行V(S)之前, S=0, 直接执行P(S)
会阻塞该进程

除非执行了V(S)使得S.value++后才能顺利执行P(S)以后的内容

实现进程的前驱关系

利用进程同步中得到的总结:

先执行的代码的末尾添加V(S)操作

后执行的代码的开头添加P(S)操作

图中:

• Sn为Pn进程中的某个指令
• x—>y表示x在y前执行
• abcdefg分别为自己创建的信号量且他们的value初始都为0
• V(a)—>P(a)表示在S1执行末尾添加V(a)操作, 在S2开始前添加P(a)操作, 其他同理

总结

使用信号量实现进程同步与进程的前驱关系时, 特别要注意总结出来的结论:

1. 先执行的代码的末尾添加V(S)操作
2. 后执行的代码的开头添加P(S)操作