信号量原理的总结

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-05-17 02:34 169阅读 0赞

谈到信号量，大多数会立马想到PV操作，这个用荷兰语表示的专有名词。

对比前面我们说的，四种实现临界区互斥的软件设计算法，PV操作更加的优良，现在这里就将对其原理进行详细的解释分析，以及如何在题目的场景中使用，包括算法的设计和问题的分析。

[http://blog.csdn.net/u011240016/article/details/52628467][http_blog.csdn.net_u011240016_article_details_52628467]

首先，信号量机制我们着重谈两个设计思路，核心相同，设计有细微的差别，但不要被名称所迷惑。   
它们是：

*  整形信号量
 *  记录型信号量

**整形信号量**

整形信号量表示的是资源的数目S。P操作将减少一个资源，V操作将增加一个资源（即释放一个资源，因为资源不会被操作生出来，只会因别人不用而释放）。   
这里不用wait和signa这种看着含义更加明显的名词，是因为，P、V可以这么联想：一个进程想利用资源了，就拍拍手，表达自己的意愿，这样就可以将S-1，而当自己用好了，就表示一个V字手势，表示成功了，资源可以收回去了。

void P(S)
    {
        S--;
    }
    
    void V(S)
    {
        S++;
    }

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所以，我更加倾向于用PV直接表达PV操作。因为这个图像更加生动。当然，用wait和signal，as you wish, 你开心就好。

我想强调的有一个点在于：S的边界含义，当然S > 0和S < 0的时候都很自然。

> 问，S = 0时候表示什么意思？

既然S是可用资源的数目，那么S = 0，表示已经没有资源可用了。

在整型信号量中，只要S <= 0，就会不断测试，看何时有资源可用。

也因此，进程会一直等，不遵循让权等待的原则。

更好的做法是，像我们在进程调度中学到的，加一个就绪队列。   
也即，引入：记录型信号量。

**记录型信号量**   
我们常说这个算法是一种进程同步机制，而不说是互斥机制。   
是因为，使用PV的思路进行进程的互斥访问，非常简单，只需要设置一个mutex,取值仅仅为0或者1即可。而同步的话就复杂一些，采用用到这个记录型信号量。

首先看semaphore的设计：

typedef struct 
    {
        int value;
        struct process *L;
    } semaphore;

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这里的value和上面的S含义相同，都表示可用的资源数目。

链表L表示的是就绪队列，因此核心仍是PV，只不过如何对待进程，记录型信号量的做法更加完善。解决了让进程忙等的现象。

void P(semaphore s)
    {
        s.value--; // 申请资源，边界是value已经为0了，那么现在变-1，表示有一个进程在等待
        if(s.value < 0)
        {
            将此进程加入就绪队列，等待；
            block(s.L);
        }
    }
    
    void V(semaphore s)
    {
        s.value++;
        if(s.value <= 0)
        {
            将进程P从就绪队列中移出；
            wakeup(P);// 叫醒P，让它起来干活
        }
    }

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这里有意思的是，在V的时候，边界为啥是s.value <= 0.

当s.value = 0时，是从s.value = -1时候变过来的，因此，虽然s.value = 0了，还不能忘了把最后一个进程移出就绪队列并叫醒它。

s.value小于等于0时，绝对值表示的是等待进程的数目。   
还需要注意s.value++的时机。如果设计算法时，先判断再加，则s.value < 0即可：

void V(semaphore s)
    {
        if(s.value < 0)
        {
            将进程P从就绪队列中移出；
            wakeup(P);// 叫醒P，让它起来干活
        }
        s.value++;
    }

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所以，算法背后是思想，需要仔细体会才能领悟。

以上。

[http_blog.csdn.net_u011240016_article_details_52628467]: http://blog.csdn.net/u011240016/article/details/52628467