信号量机制
《操作系统》
信号量机制的两种类型
- 整形信号量
- 记录型信号量
复习回顾+思考:之前学习的这些进程互斥的解决方案分别存在哪些问题?
进程互斥的四种软件实现方式(单标志法、双标志先检查、双标志后检查、Peterson算法 )
进程互斥的三种硬件实现方式(中断屏蔽方法、TS/TSL指令、Swap/XCHG指令)
- 在双标志先检查法中，进入区的“检查”、“上锁”操作无法一气呵成，从而导致了两个进程有可能同时进入临界区的问题;
- 所有的解决方案都无法实现“让权等待”
1965年，荷兰学者Dijkstra提出了一种卓有成效的实现进程互斥、同步的方法--信号量机制
什么是信号量
用户进程可以通过使用操作系统提供的--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-一个整数，也可以是更复杂的记录型变量)，可以用一个信号量来表示系统中某种资源的数量，比如:系统中只有一-台打印机，就可以设置-一个初值为1的信号量。
原语是一-种特殊的程序段，其执行只能- -气呵成，不可被中断。原语是由关中断/开中断指令实现的。软件解决方案的主要问题是由“进入区的各种操作无法一-气呵成”，因此如果能把进入区、退.出区的操作都用“原语”实现，使这些操作能“一气呵成”就能避免问题。
一-对原语:wait(S)原语和signal(S)原语，可以把原语理解为我们自己写的函数，函数名分别为wait和signal,括号里的信号量S其实就是函数调用时传入的一一个参数。
wait、signal 原语常简称为P、V操作(来自荷兰语proberen和verhogen)。因此，做题的时候常把wait(S)、signal(S) 两个操作分别写为P(S)、V(S)
整形信号量
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。
与普通整数变量的区别:
对信号量的操作只有三种，即初始化、P操作、V操作
Eg:某计算机系统中有一台打印机...
“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”。
记录型信号量
整型信号量的缺陷是存在“忙等”问题，因此人们又提出了“记录型信号量”，即用记录型数据结构表示的信号量。
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)中
释放资源后，若还有别的进程在等待这种资源，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。
记录型信号量的总结
在考研题目中wait(S)、signal(S) 也可以记为P(S)、V(S),这对原语可用于实现系统资源的“申请”和“释放”。
S.value的初值表示系统中某种资源的数目。
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，并插入该类资源的等
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，因此应调用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)。