進程同步和信號量

進程的同步

進程合做：多進程完成同一個任務

 

實例1：

司機              售票員

while)true){          while)true){

等待 啓動車輛;           關門; 發送信號

   正常運行；           售票;

   到站停車；發送信號       等待 開門;

}                }

兩個進程如何實現同步合做？ 經過信號

實例2：文檔打印

問題：若是進程之間徹底不知道對方的存在，會產生怎樣的錯誤？聯繫實際

 

 

實際上的例子：生產者-消費者實例

共享數據

  這些都是用戶態

 

生產者進程

while(true){

  while(counter == BUFFER_SIZE)

     ; //阻塞  緩衝區滿，生產者停

  buffer[in] = item;

  in = (in+1)%BUFFER_SIZE;

  counter++; //發信號讓消費者走

}

 

消費者進程

while(true){

  while(counter == 0)

   ; //阻塞  緩衝區空，消費者停

  item=buffer[out];

  out = (out-1)%BUFFER_SIZE;

  counter--; //發信號讓生產者走

}

 

等待是進程同步的核心

 

什麼是進程同步？什麼地方停，什麼地方走？

進程同步 事實上就是讓進城走走停停，來保證多進程合做的合理有序

 

只發信號還不能解決所有問題

1.緩衝區滿之後生產者P1生產一個item放入，會sleep

2.有一個生產者P2生產一個item放入，會sleep

3.消費者C執行1次循環，counter == BUFFER_SIZE - 1, 發信號給P1， P1 wake up。

4.消費者C再執行1次循環，counter == BUFFER_SIZE - 2，P2不能被喚醒。

 

counter沒法區分有多少生產者進程，不只須要喚醒進程(發送信號)，還須要一個量用來記錄睡眠進程的數量，來決定是否要發信號。

 

這就引出了信號量。

   

從信號到信號量

不僅是等待信號，發信號？ 對應睡眠和喚醒

還能記錄一些信息

• 能記錄有2個進程等待就能夠了 能夠使用優先隊列或者是棧來存儲
• 1.緩衝區滿，P1執行，P1 sleep，記錄下一個進程等待 sem = -1
• 2.P2執行，P2sleep，記錄下兩個進程等待   sem = -2
• 3.C執行1次循環，發現兩個進程等待，wakeup一個 wakeup P1 sem=-1
• C再執行1次循環，發現一個進程等待，wakeup一個 wakeup P2 sem=0
• C再執行1次循環4，發現沒有進程等待，sem = 1
• P3執行

總結：

何時減一？

當有一個進程sleep,信號量-1

何時加一？

當發現信號量是負的，信號量+1，而且發信號wakeup; 若是發現信號量是正的，那麼不發信號，累加信號量。

 

問題：一種資源的數量是8，這個資源對應的信號量的當前值是2，說明():

資源的數量是8，說明初始的sem是8，當前的信號量變爲2，說明沒有進程在等待等待這個資源。

 

什麼是信號量？信號量的定義

信號量：1965年，由荷蘭學者Dijkstra提出的一種特殊變量，量用來記錄，信號用來sleep和wakeup

 

struct semaphore

{

   int value; //記錄資料個數

   PCB *queue; //記錄等待在該信號量上的進程

}

P(semaphore s); //消費資源

V(semphore s); //產生資源

 

P(semphore s)

{

   s.value--;

   if(s.value < 0){

     sleep(s.queue); 

   }

}

 

問：V(s)的代碼？

V(semphore s){

  s.value++;

  if(s.value <= 0){

   wakeup(s.queue);

  }

}

 

Producer(item){

   P(empty);

   P(mutex);

   讀入in;將item寫入到in的位置上;

   V(mutex);

   V(full);

}

 

Constumer() {

   P(full);

   P(mutex);

   讀入out;從文件out位置讀出到item;打印item;

   V(mutex);

   V(empty);

}

 

用信號量解決生產者-消費者問題

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

write(fd, 0, sizeof(int)); //寫in

write(fd, 0, sizeof(int)); //寫out

 

semaphore full = 0;

semaphore empty = BUFFER_SIZE;

semaphore mutex = 1;

 

如何理解用信號量的生產者消費者代碼？

full用來判斷是否爲空，empty用來判斷是否爲滿。經過P和V來睡眠和喚醒進程，並釋放信號量。

 

如何實現互斥訪問？

當進入緩衝區時，將mutex的值變爲0，用完以後在釋放。