信号量机制实现进程控制

一、信号量机制实现进程互斥

我们将一次仅允许一个进程访问的资源称为临界资源，而临界区是指访问临界资源的那段代码。

通常将互斥信号量设置为 mutex ，初始值为 1。

为什么初始值设置为 1 呢？

因为数值表示访问临界资源的进程数量，作为进程互斥，同时就只能有一个进程访问临界资源，所以是 1 。

对于不同的临界资源，需要设置不同的互斥信号量。

这里来看一段代码：

semaphore mutex = 1; // 初始化信号量

P1(){
	...
	P(mutex);	//使用临界资源前需要加锁
	临界区代码段...
	V(mutex);	//使用临界资源后需要解锁
	...
}

P2(){
	...
	P(mutex);
	临界区代码段...
	V(mutex);
	...
}

按照代码的顺序模拟一下互斥操作：

1. 首先执行 P1 进程，执行到 P(mutex) 会将 mutex 的值减一，此时 mutex=0；
2. 然后执行 P1 的代码，此时如果切换到 P2 进程，那么执行 P 操作之后 mutex=-1，那么 P2 进程就会执行 block 原语把自己阻塞起来；
3. 一直到 P1 执行完 V 操作，mutex 值加一，然后唤醒 P2 进程。

P 操作是对资源的申请，V 操作是对资源的释放，PV 操作必须成对出现。

二、信号量机制实现进程同步

进程同步的目的就是要让并发进程按照要求有序地推进。

P1(){
	代码1;
	代码2;
	代码3;
}

P2(){
	代码4;
	代码5;
	代码6;
}

上面的代码由于异步性导致执行顺序是不可预知的。

但是有时候我们必须要保证代码的执行顺序，假设 代码4 是基于 代码3 的执行结果来的，所以3必须在4前面执行。

我们可以设置一个同步信号量 S=0；

然后在前一个操作之后执行 V 操作，在后一个操作之前执行 P 操作。

semaphore S = 0；	//初始化信号量为0

P1(){
	代码1;
	代码2;
	代码3;
	V(S);
}

P2(){
	P(S);
	代码4;
	代码5;
	代码6;
}

如果先执行 P2，他会执行 block 原语阻塞自己，从而得以先执行 P1 保证执行顺序。

三、信号量机制实现前驱关系

前驱图如下所示：

即有 6 个代码，需要按照图中的顺序执行。

解决这个问题可以分 3 步：

1. 首先为每一对前驱关系设置一个同步变量；
2. 在前操作之后对相应的同步变量执行 V 操作；
3. 在后操作之前对相应的同步变量执行 P 操作。

所以结果如下：

semaphore a = 0；	//初始化信号量为0
semaphore b = 0；
semaphore c = 0；
semaphore d = 0；
semaphore e = 0；
semaphore f = 0；
semaphore g = 0；

P1(){
	S1;
	V(a);
	V(b);
}

P2(){
	P(a);
	S2;
	V(c);
	V(d);
}

P3(){
	P(b);
	S3;
	V(g);
}

P4(){
	P(c);
	S4;
	V(e);
}

P5(){
	P(d);
	S5;
	V(f);
}

P6(){
	P(e);
	P(f);
	P(g);
	S6;
}