操作系统设计与实现 第二章 进程（三）

2.2.4 睡眠和唤醒

Peterson解法和TSL解法都是正确的，但它们都有忙等待的缺点。本质一样：当一个进程想进入临界区时，先检查是否允许进入，若不允许，则进程考虑将忙等待，直到许可为止。

缺点：浪费CPU时间，还可能引起预料不到的后果（优先级反转问题）。

几条进程间通信原语，它们在无法进入临界区时将阻塞，而不是忙等待。最简单的是睡眠（sleep）和唤醒（wakeup）。sleep系统调用将引起调用进程阻塞，即被挂起，知道另一进程将其唤醒。wakeup调用有一个参数，即要被唤醒的进程。另一种方法是sleep和wakeup的内存地址。

生产者-消费者问题

为了简单起见，这里只考虑一个生产者、一个消费者的情况。

麻烦之处在于，当缓冲区已满，生产者还想放入一个新的数据项的情况。解决办法就是让生产者睡眠，待消费者从缓冲区中取走一个或多个数据项时再唤醒它。同样，当消费者试图从缓冲区中取数据而发现缓冲区为空时，它就睡眠，直到生产者向缓冲区中放入一些数据时再将它唤醒。

为了跟踪缓冲区中的数据项数，徐璈一个变量count。如果缓冲区最多存放N个数据，则生产者将首先检查count是否到达N，若是，则生产者睡眠；否则生产者向缓冲区中放入一个数据项并将count的值增1。消费者的实现与其类似。

#define N 100               /*缓冲区个数*/
int count = 0;              /*缓冲区内的数据项个数*/

void producer(void)
{
int item;

while(TRUE)
{
item = produce_item();                      /*产生下一个数据项*/
if(count == N) sleep();                     /*缓冲区满，进入睡眠*/
insert_item(item);                          /*将一个数据项放入缓冲区*/
count = count +　1；                          /*缓冲区内数据项个数增1*/
if(count == 1) wakeup(consumer);            /*缓冲区空？*/
}
}

void consumer(void)
{
int item;

while(TRUE)
{
if(count == 0) sleep();                     /*缓冲区空，进入睡眠*/
item = remove_item();                       /*从缓冲区中取走一个数据项*/
count = count -　1；                          /*缓冲区数据项减一*/
if(count == N - 1) wakeup(producer);            /*缓冲区满？*/
consume_item();                             /*消费该数据项*/
}
}

这里有可能出现竞争条件，其原因是对count的访问未加限制。出现问题的实质在于发给一个未睡眠进程的唤醒信号被丢失了。如果它没有丢失，则一切都很正常。

一种快速的弥补方法就是修改规则，加上一个唤醒等待位。当向一个清醒的进程发送一个唤醒信号时，将该位置置1。随后，当进程要睡眠时，如果唤醒等待位为1，则将该位置置0，但进程仍然保持清醒。