操作系统笔记:(九)信号量与经典同步问题

最新推荐文章于 2024-08-08 10:02:31 发布

孤鸿子_

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分类专栏： system&software engineer 文章标签：操作系统线程信号量生产者和消费者读者写者

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Dylan_Frank/article/details/79965871

本文探讨操作系统中如何使用信号量解决同步问题，包括生产者消费者问题、读者写者问题和哲学家就餐问题。通过信号量的P()和V()操作，实现进程的互斥访问和同步。此外，还介绍了Java中信号量的应用，以及不同策略下避免读者或写者饥饿的方法。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

这节讲解操作系统用信号量机制解决同步问题，先讲解他的基本实现，然后在讲解用信号量机制解决经典的同步问题:

生产者消费者问题
读者写者问题
哲学家就餐问题

主要讲的进程同步方法如下，这一节讲信号量，下一节讲解管程

这里写图片描述

remark 这一节进程和线程的概念通常是互通的，不加详细区分，仅作为CPU的调度单位

信号量是什么

信号量是os提供的管理同步问题的一种手段，具体来说，他有一个整数变量记录当前可供使用的标记信号，同时提供两种原子操作：

P(): （荷兰语 probern, 测试）
V(): (荷兰语， verhogen, 增加)

伪代码实现

typedef struct{
int value;
PCB *list;//等待队列
}Semaphore;

void P(Semaphore * s){
    if(--S->value <0){
        add current thread to s->list;
        block();//阻塞当前线程
    }
}
void V(Semaphore * s){
    if(++S->value <=0){
        remove a process P from s->list;
        wakeup(P);//唤醒一个线程
    }
}

实现

为了使P，V操作实现原子操作，通常在单处理器中我们可以用关中断。注意，因为P，V操作的临界区很短，可以看到，也就10条指令左右就可以实现，因此直接关中断是很好的解决方法，而之前讲的在用户程序中关中断同步不好，其中一个很大的原因就是用户程序不好预测，临界区很长。但是多处理器关中断就不好了。我们这里不妨假设这是Cpu硬件和OS提供的一种原子操作。

临界区互斥与过程同步

我们可以用信号量来实现临界区互斥访问和多某些代码块的同步访问

临界区互斥访问

Semaphore mutex = new Semaphore(1);//设置为1 就相当于实现互斥锁
while(1){
    mutex.P(); //进入临界区,获取互斥信号量
    // 临界区访问
    mutex.V();// 释放互斥信号量
}

同步代码先后顺序

这里写图片描述

A 线程必须等待B线程执行完X模块才能执行N模块

接下来我们讲解信号量在一些经典同步问题上的应用

生产者和消费者问题

我们用的是java 中的信号量，这里接单介绍一下他的基本操作:

Semaphore(int );// 构造函数，传入一个整数变量设置value 的值
acquire();// P操作
release(); //V操作

深入介绍请参见API 文档
 更多关于java的并发问题请参见

实现目标

生产者消费者问题要实现的目标是:

缓冲区有空位，生产者可以生产
缓冲区有item，消费者可以消费
生产者和消费者互斥访问

生产者和消费者问题java代码

import java.util.concurrent.Semaphore;


public class Main {
   
   


    public static void main(String[] args) {
        //TestPV.test();
        TestRW.test();
    }

}
class TestPV{
    public