信号量与PV操作解题.ppt

3.3.1同步与同步机制 3.3.2信号量与PV操作 3.3.3信号量实现互斥 3.3.4信号量解决五个哲学家就餐问题 3.3.5信号量解决生产者-消费者问题 3.3.6信号量解决读者-写者问题 3.3.7信号量解决理发师问题 1 著名的生产者--消费者问题（Producer-consumer Problem)是计算机操作系统中并发进程内在关系的一种抽象，是典型的进程同步问题。 在操作系统中，生产者进程可以是计算进程、发送进程；而消费者进程可以是打印进程、接收进程等等。 解决好生产者--消费者问题就解决好了一类并发进程的同步问题。 2 有界缓冲问题 有n个生产者和m个消费者，连接在一个有k个单位缓冲区的有界缓冲上。其中，pi和cj都是并发进程，只要缓冲区未满，生产者pi生产的产品就可投入缓冲区；只要缓冲区不空，消费者进程cj就可从缓冲区取走并消耗产品。 3 int k; typedef anyitem item; //item类型 item buffer[k]; int in=0,out=0,counter=0; 4 process producer(void) { while (true) { //无限循环 {produce an item in nextp};//生产一个产品 if (counter==k) //缓冲满时，生产者睡眠 sleep(producer); buffer[in]=nextp;//将一个产品放入缓冲区 in=(in+1)%k; //指针推进 counter++; //缓冲内产品数加1 if(counter==1) //缓冲为空，加进一件产品 wakeup(consumer);//并唤醒消费者 } } 5 process consumer(void) { while (true) { //无限循环 if (counter==0) //缓冲区空，消费者睡眠 sleep(consumer); nextc=buffer[out];//取一个产品到nextc out=(out+1)%k; //指针推进 counter--; //取走一个产品，计数减1 if(counter==k-1) //缓冲满了，取走一件产品并唤 wakeup(producer); //醒生产者 {consume the item in nextc};//消耗产品 } } 6 生产者和消费者进程对counter的交替执行会使其结果不唯一 生产者和消费者进程的交替执行会导致进程永远等待 7 前节种种方法解决临界区调度问题的缺点: 1)对不能进入临界区的进程，采用忙式等待测试法，浪费CPU时间。 2)将测试能否进入临界区的责任推给各个竞争的进程会削弱系统的可靠性，加重了用户编程负担。 1965年E.W.Dijkstra提出新的同步工具--信号量和P、V操作。 8 信号量：一种软件资源 原语：内核中执行时不可被中断的过程 P操作原语和V操作原语 一个进程在某一特殊点上被迫停止执行直到接收到一个对应的特殊变量值，这种特殊变量就是信号量(semaphore)，复杂的进程合作需求都可以通过适当的信号结构得到满足。 信号量的值只能通过P、V操作改变。 9 操作系统中，信号量表示物理资源的实体，它是一个与队列有关的整型变量。 实现时，信号量是一种记录型数据结构，有两个分量：一个是信号量的值，另一个是信号量队列的队列指针。 10 信号量按其用途分为： 公用信号量：联系一组并发进程，相关的进程均可在此信号量上执行P、V操作，初值通常为1，用于实现互斥； 私有信号量：联系一组并发进程，仅允许此信号量的拥有进程执行P操作，而其它相关进程执行V操作，初值往往为0或正整数，常用于实现同步； 信号量按其取值分为： 二元信号量：值仅取0和1，主要用于实现互斥 一般信号量：计数信号量，主要用于实现同步 11 设s为一个记录型数据结构,一个分量为整形量value，另一个为信号量队列queue，P和V操作原语定义： P(s)：将信号量s减去l，若结果小于0，则调用P(s)的进程被置成等待信号量s的状态。 V(s)：将信号量s加1，若结果不大于0，则释放一个等待信号量s的进程。 12 typedef struct semaphore { int value; //信号量值 struct pcb *list; //信号量队列指针 }; void P(semaphore s) {