信號量与PV操作.pptVIP

3.3 信号量与PV操作 3.3.1同步与同步机制 3.3.2记录型信号量与PV操作 3.3.3用记录型信号量实现互斥 3.3.4记录型信号量解决生产者-消费者问题 3.3.5记录型信号量解决读者-写者问题 3.3.6记录型信号量解决理发师问题 3.3.1 同步和同步机制 著名的生产者--消费者问题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。 生产者--消费者问题表述 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。 生产者-消费者问题算法描述(1) var k:integer; type item:any; buffer:array[0..k-1] of item; in,out:integer:=0; coumter:integer:=0; 生产者-消费者问题算法描述(2) process producer begin while (TRUE) /* 无限循环*/ produce an item in nextp;/* 生产一个产品*/ if (counter==k) sleep( );/* 缓冲满时，生产者睡眠*/ buffer[in]:=nextp; /* 将一个产品放入缓冲区*/ in:=(in+1) mod k; /* 指针推进*/ counter:=counter+1;/* 缓冲内产品数加1*/ if (counter==1) wakeup( consumer); /* 缓冲空了，加进一件产品并唤醒消费者*/ end 生产者-消费者问题算法描述(3) process consumer begin while (TRUE) /* 无限循环*/ if (counter==0) sleep ( );/* 缓冲区空消费者睡眠*/ nextc:=buffer[out];/*取一个产品到nextc*/ out:=(out+1) mod k;/* 指针推进*/ counter:=counter-1;/* 取走一个产品，计数减1*/ if (counter==k-1) wakeup( producer); /* 缓冲满了，取走一件产品并唤醒生产者*/ consume thr item in nextc;/* 消耗产品*/ end 记录型信号量与PV操作(1) 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提出了新的同步工具--信号量和P、V操作。 记录型信号量与PV操作(2) 信号量：一种软资源 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 记录型信号量与PV操作(3) 信号量和P、V操作 ，将交通管制中多种颜色的信号灯管理交通的方法引入操作系统，让两个或多个进程通过特殊变量展开交互。 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。 记录型信号量与PV操作(4) 通过信号量传送信号，进程使用P、V两个特殊操作来发送和接收信号，如果进程相应的信号仍然没有送到，进程被挂起直到信号到达为止。 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。 记录型信号量与PV操作(7) 信号量分类 信号量按其用途分为 ?公用信号量： ?私有信号量： 信号量按其取值分为 ?二元信号量： ?一般信号量： 整型信号量 设s为一个整形量，除初始化外，仅能通过P、V操作访问，P和V操作原语定义： P(s)：while s≤0 do null operation s：=s-1； V(s)： s：=s+1； 记录型信号量(1)