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news 2025/10/14 19:50:22

各大网站大全,电商网站建设网络公司,北京王府井攻略,网站改名工信部需要怎么做系列文章目录第二章：进程的描述与控制文章目录系列文章目录前言一、信号量的定义和机制： 信号量类型 1.整型信号量： 2.记录型信号量： 二、例子生产者-消费者问题：总结前言上文我们讲了硬件同步机制来解决诸进程…

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第二章：进程的描述与控制

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前言
一、信号量的定义和机制：

信号量类型

1.整型信号量：

2.记录型信号量：

二、例子生产者-消费者问题：
总结

前言

上文我们讲了硬件同步机制来解决诸进程互斥进入临界区的问题，这一篇我们来讲讲信号量机制来进行进程的同步，包括简单的信号量的应用等等，为什么我们要学习它呢，其实我感觉是因为它通过阻塞等待（而非忙等）的方式管理资源访问，适用于更复杂的同步场景。下面我们来开始进行学习。

一、信号量定义和机制：

这里面的内容可能会有点罗里吧嗦的，我尽量根据我的理解来给大家尽量清晰易懂的讲一遍。

信号量是一个整型变量（sem），配合两个原子操作（P/V）实现同步：
- P操作（Proberen，尝试获取）：检查信号量是否允许进入临界区，若不允许则阻塞。
- V操作（Verhogen，释放）：释放资源，唤醒等待的线程。
操作系统支持：信号量的P/V操作由内核调度器管理，通过系统调用实现阻塞和唤醒。

信号量类型

类型	描述	用途
二进制信号量	值域为 `0` 或 `1`，类似互斥锁。	实现互斥访问（单资源场景）
计数信号量	值域为非负整数，表示可用资源数量。	管理多个同类资源（如线程池）

1.整型信号量：

这里面的整形信号量定义为一个用于表示资源数目的整型量S.其实就相当于资源数目。

wait(s){while(s<=0);//一直在这里等待 s--;
}
signal(S);{S++;
}

这里我们需要注意到的细节有：Wait和Signal是两个原子操作，它们在执行时是不可中断的。当一个进程在修改某信号量时，没有其他进程可同时对该信号量进行修改。此外，在Wait操作中，对S值的测试和做S=S-1操作时都不可中断。（这里面我们后面会用到就是缓冲区也属于共享资源）

2.记录型信号量：

其实我在学完这个进程的同步以后，我感觉重中之重就是这个记录型信号量，包括我们后面要分析的生产者-消费者，哲学家就餐等等经典进程问题都与这个脱不了关系，所以这个我尽量给大家讲的详细一点。

首先我们要知道为什么会出现记录型信号量呢，肯定是原来的整型信号量不够使了，因为在原来的操作里，只要信号量S<=0，就会不断的进行测试。因此，该机制并未遵循“让权等待”的准则（其实就是没有释放CPU的资源，占用着），使得进程处于忙等的状态

而记录型信号量机制则是一种不存在“忙等”现象的进程同步机制。

我们还尤其要注意一点的使在采取了“让权等待”的策略后，又会出现多个进程等待访问同一临界资源的情况。所以在信号量机制中，除了需要一个用于代表资源数目的整型变量value外，还应增加一个进程链表指针list，用于链接上述的所有等待进程。下面我们详细的分析

typedef struct{int value;struct process_control_block*list;//等待的进程队列}semaphore;wait(semaphore *S){S->value--
if(S->value < 0)block(s->list);}Signal(semaphore *S){S->value++;if(S->value<=0)wakeup(S->list);
}

wait操作：

这里面的S->value的初值表达的就是系统中某类资源的数目，每次wait就是占用一个资源，是系统中可供分配的该类资源数减少一个，所以S->value--;当value的值小于0时，肯定资源不够用了要把当前进程阻塞掉，放弃处理机，然后插入到链表的最后。所以此时当S->value的值小于0的绝对值就代表链表中已经阻塞进程的数目。

signal操作：

signal操作其实就是当前进程已经执行完毕，此时把执行进程释放一个单位的资源，使系统中可供分配的该类资源数增加一个，即value++，若加1后仍<=0,则表示该信号量链表中仍有等待该资源的进程被阻塞，此时使用wakeup原语，将链表当中的第一个等待进程唤醒

还要记得如果value的初值为1，表示只允许一个进程访问临界资源，此时的信号量转化为互斥信号量，用于进程的互斥。

所以我想给大家再来总结一遍：

就是啥呢 S->value = 0代表正好，资源正好被够用。

S-> value的值就是资源的数目

S->value<0的绝对值就是等待中的进程的个数。

而在这里我也提前给大家总结一下，就是我们在学到后面如果想要实现互斥访问的话肯定需要加锁，至于值呢我在学习的时候也有点容易混，我们知道互斥就是只允许一个进程访问临界资源，所以我们的值肯定要设为1，然后如果想让有几个可以访问就把值设为几这都是可以的，具体问题具体分析吧.

二、例子生产者-消费者问题：（用记录型信号量）

Semaphore empty = N; // 缓冲区空槽数
Semaphore full = 0;  // 缓冲区已填充数
Semaphore mutex = 1; // 互斥访问缓冲区void producer() {while (1) {P(&empty);    // 等待空槽P(&mutex);// 生产数据并放入缓冲区V(&mutex);V(&full);     // 增加已填充数}
}void consumer() {while (1) {P(&full);     // 等待数据P(&mutex);// 从缓冲区取数据并消费V(&mutex);V(&empty);    // 增加空槽数}
}

这是最简单的经典同步问题，同步与互斥相结合，这里面要用到多个信号量，这里面加锁我们其实也可以记着，就是我们在修改资源的时候，需要加锁，进行互斥操作，而生产者和消费者又要满足同步，因为只有生产者生产出来一个馒头，消费者才能拿这个馒头吃，所以对这些个资源信号量需要成对的出现，但他们分别处于不同的程序中。