进程同步和信号量

进程的同步

进程合作：多进程完成同一个任务

实例1：

司机 售票员

while)true){ while)true){

等待 启动车辆; 关门; 发送信号

正常运行； 售票;

到站停车；发送信号 等待 开门;

} }

两个进程如何实现同步合作？ 通过信号

实例2：文档打印

问题：如果进程之间完全不知道对方的存在，会产生怎样的错误？联系实际



实际上的例子：生产者-消费者实例

共享数据

这些都是用户态



生产者进程

while(true){

while(counter == BUFFER_SIZE)

; //阻塞 缓冲区满，生产者停

buffer[in] = item;

in = (in+1)%BUFFER_SIZE;

counter++; //发信号让消费者走

}

消费者进程

while(true){

while(counter == 0)

; //阻塞 缓冲区空，消费者停

item=buffer[out];

out = (out-1)%BUFFER_SIZE;

counter--; //发信号让生产者走

}

等待是进程同步的核心

什么是进程同步？什么地方停，什么地方走？

进程同步 事实上就是让进城走走停停，来保证多进程合作的合理有序

只发信号还不能解决全部问题



1.缓冲区满以后生产者P1生产一个item放入，会sleep

2.有一个生产者P2生产一个item放入，会sleep

3.消费者C执行1次循环，counter == BUFFER_SIZE - 1, 发信号给P1， P1 wake up。

4.消费者C再执行1次循环，counter == BUFFER_SIZE - 2，P2不能被唤醒。

counter无法区分有多少生产者进程，不仅需要唤醒进程(发送信号)，还需要一个量用来记录睡眠进程的数量，来决定是否要发信号。

这就引出了信号量。

从信号到信号量

不只是等待信号，发信号？ 对应睡眠和唤醒

还能记录一些信息

能记录有2个进程等待就可以了 可以使用优先队列或者是栈来存储

1.缓冲区满，P1执行，P1 sleep，记录下一个进程等待 sem = -1

2.P2执行，P2sleep，记录下两个进程等待 sem = -2

3.C执行1次循环，发现两个进程等待，wakeup一个 wakeup P1 sem=-1

C再执行1次循环，发现一个进程等待，wakeup一个 wakeup P2 sem=0

C再执行1次循环4，发现没有进程等待，sem = 1

P3执行

总结：

什么时候减一？

当有一个进程sleep,信号量-1

什么时候加一？

当发现信号量是负的，信号量+1，并且发信号wakeup; 如果发现信号量是正的，那么不发信号，累加信号量。

问题：一种资源的数量是8，这个资源对应的信号量的当前值是2，说明():



资源的数量是8，说明初始的sem是8，当前的信号量变为2，说明没有进程在等待等待这个资源。

什么是信号量？信号量的定义

信号量：1965年，由荷兰学者Dijkstra提出的一种特殊变量，量用来记录，信号用来sleep和wakeup

struct semaphore

{

int value; //记录资料个数

PCB *queue; //记录等待在该信号量上的进程

}

P(semaphore s); //消费资源

V(semphore s); //产生资源

P(semphore s)

{

s.value--;

if(s.value < 0){

sleep(s.queue);

}

}

问：V(s)的代码？

V(semphore s){

s.value++;

if(s.value <= 0){

wakeup(s.queue);

}

}

Producer(item){

P(empty);

P(mutex);

读入in;将item写入到in的位置上;

V(mutex);

V(full);

}

Constumer() {

P(full);

P(mutex);

读入out;从文件out位置读出到item;打印item;

V(mutex);

V(empty);

}

用信号量解决生产者-消费者问题

int fd = open("buffer.txt");

write(fd, 0, sizeof(int)); //写in

write(fd, 0, sizeof(int)); //写out

semaphore full = 0;

semaphore empty = BUFFER_SIZE;

semaphore mutex = 1;

如何理解用信号量的生产者消费者代码？

full用来判断是否为空，empty用来判断是否为满。通过P和V来睡眠和唤醒进程，并释放信号量。

如何实现互斥访问？

当进入缓冲区时，将mutex的值变为0，用完之后在释放。