操作系统导论第31章——信号量_操作系统导论第31章作业-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xiaoxiaoyikesu/article/details/119848839

本文探讨了二值信号量如何实现锁，条件变量的使用场景，以及它们在生产者消费者问题、读者写者锁和哲学家就餐问题中的应用。通过实例讲解，深入剖析了信号量在并发控制中的关键作用和可能存在的问题，如公平性和性能优化。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1. 定义

一种同步原语，可以用它实现锁和条件变量

初始化：

#include <semaphore.h>
sem_t s;
sem_init(&s, 0, 1)

第二个参数表示信号量的指针，第二个参数0表示信号量是在同一个进程的多个线程共享的，第三个参数是信号量的初始值

sem_wait

int sem_wait(sem_t* s) {
    1.信号量减1
    2.若信号量为负则等待
}

sem_post

int sem_post(sem_t* s) {
    1.信号量加1
    2.若有线程等待信号量就唤醒其中一个
}

2. 用二值信号量实现锁

sem_t m;
sem_init(&m, 0, 1)

sem_wait(&m);
//执行业务代码
sem_post(&m)

3. 用信号量实现条件变量

4. 信号量解决生产者消费者问题

5. 读者写者锁

含义：一旦一个读者获得了一个锁，其他读者也可以获取这个锁，但是想要获取写锁就必须等到所有读者都结束。

实现关键：第一个读者获取写锁，最后一个读者释放死锁。

分析：可以完成功能，但是有一些缺陷：公平性不好，容易饿死写者；用了太多锁，性能不好。

6. 哲学家就餐问题

基本含义：

哲学家围着一个圆桌
哲学家一会思考，不需要餐叉，一会吃饭，需要餐叉
哲学家吃饭要左右手都拿到餐叉

计算机模拟

while(1) {
    think();
    getforks();    
    eat();
    putforks();
}

关键问题：如何实现getforks()和putforks()保证没有死锁，没有哲学家饿死，并且并发度高？

解决办法：

核心：每个餐叉对应一个信号量；修改某个哲学家或者某些哲学家的取餐叉的顺序（先左手还是先右手）

void getforks() {
    if (p == 4) {
        sem_wait(forks[right(p)]);
        sem_wait(forks[left(p)]);
    }
    else {
        sem_wait(forks[left(p)]);    
        sem_wait(forks[right(p)]);
    }
}

7. 信号量实现

用到锁和条件变量