訊號量與PV操作

解決程序同步與互斥問題的機制。

一種特殊變數，表現形式是乙個整數semaphore和乙個佇列。

s>=0時，s表示可用資源的數量。

s<0時，已經沒有可用資源，s的絕對值表示當前等待該資源的程序數。

s=s-1

使用資源，此時如果s<0，則掛起該程序。

s=s+1

釋放資源，此時如果s<0，從阻塞佇列裡喚醒乙個程序。

互斥控制為了保護共享資源，不讓多個程序同時訪問該資源。

這種一次只讓乙個程序訪問的資源稱為臨界資源，訊號量初值設為1。

在互斥關係中，pv操作在乙個程序中成對出現。

p(s)

臨界區v(s)

最簡單同步形式是a在b到達l2之前不能超過l1。

設定訊號量s初值為0，a到達l1後執行p操作後掛起，直到b到達l2後執行v操作將a喚醒。

在同步操作中，pv操作在兩個甚至多個程序中成對出現。

程序a

程序b

l1 p(s)

l2 v(s)

也稱有限緩衝問題。生產者生成資料項放到緩衝區(bound為n)中，然後重複此過程。與此同時，消費者也在緩衝區消耗這些資料。

要解決該問題，就必須讓生產者在緩衝區滿時休眠，等到下次消費者消耗緩衝區中的資料的時候，生產者才能被喚醒，開始往緩衝區新增資料。同樣，也可以讓消費者在緩衝區空時進入休眠，等到生產者往緩衝區新增資料之後，再喚醒消費者。

訊號量

初值

描述

empty

n緩衝區空項數

full

0緩衝區非空項數

mutex1互斥

生產者

消費者

p(empty)

p(mutex)

緩衝區加資料項

v(mutex)

v(full)

p(full)

p(mutex)

緩衝區減資料項

v(mutex)

v(empty)

指多個程序對乙個共享資源進行讀寫操作的問題，多個程序同時讀是可以接受的，同時只能有乙個程序寫，寫時不能讀。

寫者要等到沒有讀者的時候才能去寫檔案，所有讀者要等待寫者寫完檔案後才能去讀檔案。

訊號量

初值

描述

readmutex

1讀互斥

writemutex

1寫互斥

變數

初值

描述

count

0讀者數

讀者

寫者

p(readmutex)

if(count == 0)

p(writemutex)

++count

v(readmutex)

讀資料p(readmutex)

--count

if(count == 0)

v(writemutex)

v(readmutex)

p(writemutex)

寫資料v(writemutex)

理髮店理有一位理髮師、一把理髮椅和n把供等候理髮的顧客坐的椅子如果沒有顧客，理髮師便在理髮椅上睡覺乙個顧客到來時，它必須叫醒理髮師如果理髮師正在理髮時又有顧客來到，則如果有空椅子可坐，就坐下來等待，否則就離開。

訊號量

初值

描述

customers

0等候的顧客數

barbers

0等候的理髮師數，0或1

mutex

1count訪問互斥

變數

初值

描述

count

0椅子上等待的顧客數，bound為n

理髮師

顧客

p(customers)

p(mutex)

--count

v(barbers)

v(mutex)

理髮師理髮

p(mutex)

if(count < n)else

v(mutex)

哲學家就餐問題可以這樣表述，假設有五位哲學家圍坐在一張圓形餐桌旁，做以下兩件事情之一：吃飯，或者思考。吃東西的時候，他們就停止思考，思考的時候也停止吃東西。餐桌中間有一大碗義大利面，每兩個哲學家之間有乙隻餐叉。因為用乙隻餐叉很難吃到義大利面，所以假設哲學家必須用兩隻餐叉吃東西。他們只能使用自己左右手邊的那兩隻餐叉。

哲學家從來不交談，這就很危險，可能產生死鎖，每個哲學家都拿著左手的餐叉，永遠都在等右邊的餐叉（或者相反）。

訊號量與PV操作

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訊號量，PV操作

訊號量同步 P V 操作

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