【王道考研】信号量机制

2.3.4 信号量机制

知识来源： B站王道考研

用户进程可以通过使用操作系统提供的一对原语来对信号量进行操作，从而很方便的实现了进程互斥、进程同步。

信号量其实就是一个变量，可以是用一个信号量来 表示系统中某种资源的数量。
原语是一种特殊的程序段，其执行只能一气呵成，不可被中断，原语可由关中断/开中断指令实现

一对原语：wait(S)和signal(S) ，S为信号量。
wait、signal简称P、V操作。

整型信号量

用一个整数型的变量作为信号量，用来表示系统中某种资源的数量

整型信号量与普通整数变量的区别：对信号量的操作只有三种， 初始化、P操作、V操作。

void wait(int S){ // wait 原语，相当于“进入区”
	while(S<=0);  // 如果资源数不够，就一直循环等待
	S = S - 1;    // 如果资源数够，则占用了一个资源
}

“检查”和“上锁”一气呵成，避免了并发、异步导致的问题。
存在的问题： 不满足“让权等待”原则，会发生“忙等”

void signal(int S){ // signal 原语，相当于“退出区”
	S = S + 1;      // 使用完资源后，在退出区释放资源
}

记录型信号量

解决整型信号量“忙等”问题

// 记录型信号量的定义
typedef struct{ 
	int value; // 剩余资源数  
	struct process *L; // 等待队列
} semaphore;

// 某进程需要使用资源时，通过wait原语申请
void wait(semaphore S){
	S.value --;
	if(S.value < 0){
		/*如果剩余资源数不够，使用block原语使进程从运行态
		进入阻塞态，并把挂到信号量S的等待队列（即阻塞队列）*/
		block(S.L);
	}
}

// 进程使用完资源后，通过signal原语释放
void signal(semaphore S){
	S.value ++;
	if(S.value <=0 ){
	/*释放资源后，若还有别的进程在等待这些资源，则使用wakeup原语
	唤醒等待队列中的一个进程，该进程从阻塞态变为就绪态*/
		wakeup(S.L);
	}
}

S.value的初值表示系统中某些资源的数目


对信号量S的一次P操作意味着进程请求一个单位的该类资源，因此需要执行S.value – ，表示资源数减1，当S.value < 0时表示该类资源已分配完毕，因此进程应调用block原语进行自我阻塞（当前运行的进程从运行态–>阻塞态），主动放弃处理机，并插入该资源的等待队列S.L中。可见，该机制遵循了“让权等待”原则，不会出现“忙等”现象。


对信号量S的一次V操作意味着进程释放一个单位的该类资源，因此需要执行S.value ++，表示资源数加1，若加1后仍是S.value <= 0，表示依然有进程在等待该类资源，因此调用wakeup原语唤醒等待队列中的第一个进程（被唤醒进程从阻塞态 --> 就绪态）