采用信号量机制实现消费者与生产者的线程同步_信号量机制

Love The Way You Lie 2022-10-14 12:53 128阅读 0赞

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### **什么是信号量** ###

*  信号量是一种变量或抽象数据类型，用于控制并发系统中多个进程对公共资源的访问
 *  一个普通的信号量是一个普通的变量，可以对它进行递增或递减，或切换等操作。

引用一波百度百科的解释：

以一个停车场的运作为例。简单起见，假设停车场只有三个车位，一开始三个车位都是空的。这时如果同时来了五辆车，看门人允许其中三辆直接进入，然后放下车拦，剩下的车则必须在入口等待，此后来的车也都不得不在入口处等待。这时，有一辆车离开停车场，看门人得知后，打开车拦，放入外面的一辆进去，如果又离开两辆，则又可以放入两辆，如此往复。 在这个停车场系统中，车位是公共资源，每辆车好比一个线程，**看门人**起的就是信号量的作用。

### **信号量的分类** ###

*  计数信号量：信号量是一个任意的整数
 *  二值信号量：只有二进制的0或1

### **信号量的工作机制** ###

信号量的值表示用于控制并发系统中多个进程对公共资源的访问，只有P/V操作能够修改信号量的值

*  P（pass）操作：
    
     *  完成一次wait()，信号量值减一，如果新的信号量值大于0，则进入临界区
     *  如果新的信号量的值小于0，那么该进程将被阻塞（被添加到semaphor的等待进程队列里面waiting queue）

*  V（release）操作
    
     *  完成一次signal()，信号量值加一，如果递增之前，semaphore的值小于0（表示有进程正在等待获取资源），从waiting queue中挑选一个进程到ready queue里面

### **实战** ###

例：若有一售票厅只能容纳300人，当少于300人时，可以进入；否则，需在外等候。若将每一个购票者作为一个进程，请用P（wait）、V（signal）操作编程，并写出信号量的初值。（强调：只有一个购票窗口，每次只能为一位购票者服务）

### **分析：** ###

1）首先确定临界区资源：售票厅，购票窗口

2）初始化信号量：

*  售票厅的信号量可以用一个计数信号量emptyCount，初始化fullCount= 0（fullCount<= 300）
 *  购票窗口的只有一个，只有两种状态：占用和空闲，用一个二值信号量IsBusy, 初始化isBusy = 1 为空闲

user process {
                    P(emptyCount)
                    
                    进入大厅
                    
                    P(IsBusy)
    
                    窗口购票
    
                    V(IsBusy)
                    
                    退出购票窗口
                    
                    V(emptyCount)
                    
                    退出大厅

### **信号量的特点** ###

*  适用于控制一个仅支持有限个用户的共享资源
 *  与锁的区别：Lock和synchronized是锁的互斥，一个线程如果锁定了一资源，那么其它线程只能等待资源的释放。也就是一次只有一个线程执行，这到这个线程执行完毕或者unlock；而Semaphore可以控制多个线程同时对某个资源的访问。
 *  semaphore锁的是什么：信号量用在多线程多任务同步的，一个线程完成了某一个动作就通过信号量告诉别的线程，别的线程再进行某些动作。也就是说Semaphore不一定是锁定某个资源，而是流程上的概念。
    
     *  比方说生产者消费者模型中，当共享缓冲区中已经满了，那么producer不能继续生产处于阻塞状态（此时缓冲区的信号量为emptyCount = 0），这个时候消费者一旦消费了一个数据之后（emptyCount = 1），那么又可以通知生产者继续生产,此时正处于阻塞状态的producer重新获取到信号量，从waiting queue 进入到ready queue。
     *  此时对于生产者消费者模型来说，这里的信号量并没有锁共享资源，而只是起到了一个通知作用，或者从另一个角度来说，相当于一个触发器，当达到了某一条件时，触发另外一个事件的发生

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