作業系統 理解訊號量

2021-08-18 06:44:37 字數 1905 閱讀 4351

訊號量是一種常用的併發機制。基本原理:

兩個或多個程序可以通過簡單的訊號合作,可以強迫乙個程序在某個位置停止,直到它接收到乙個特定的訊號。任何複雜的合作都可以通過適當的訊號結構得到滿足。為了發訊號,需要使用到乙個訊號量的特殊變數。要通過訊號量s傳送訊號,程序必須執行semsignal(s)(v操作),要通過訊號量s接收訊號,程序必須執行原語semwait(s)(p操作);若相應的訊號未被發出,則阻塞程序,直到傳送完為止。

以上是從書中摘錄出來的有關訊號量的基本原理。

實際上,我理解的訊號量應該像是乙個計數器更準確,對於這個計數器我們可以定義三個操作為了達到互斥的效果。

可以將該訊號量也就是計數器初始化為乙個非負整數

p操作使訊號量減一;若值減為負數,則阻塞當前申請的程序,否則程序繼續執行。

v操作使訊號量加一;若值小於等於0,則將當前阻塞程序接觸阻塞。

我們假設乙個場景來解釋以上定義:

比如說,一件自習室裡有十個座位。那麼我們用s表示計數器用來表示當前教室的可用資源也就是座位。

現在來了乙個同學,想要進入自習室自習,他發現這個計數器為10,說明可以進入,所以它向管理員申請進入,並且得到許可,可以進入自習室自習。此時,當然計數器就變為9了。

後來,又陸陸續續來了幾個同學,直到計數器變成了0。此時再來這個教室申請座位的同學發出申請之後就會被阻塞,因為該教室已經沒有座位了,意味著他需要在門口一直等。

等了一會兒之後,有乙個同學出來了,計數器此時由於可用資源多一,所以將計數器加一,此時計數器由0至1,也就意味著,此時在門口等待的這位同學可以進入教室了。

實際上在作業系統中,同學就好像程序,教室的座位就像程序所需臨界資源。計數器就是我們所說的訊號量。

下面我們來理理:

訊號量是乙個計數器,用來記錄進入該臨界資源的程序數。若訊號量s小於等於0,說明此時沒有可用的臨界資源,那麼此時在向該臨界資源申請資源的程序就會被阻塞。如果一旦有程序釋放該臨界資源,那麼訊號量s就會加1,此時被阻塞的程序就會解除阻塞,並且成功申請到臨界資源。

我們將以上動作中,申請臨界資源,訊號量減一的動作-稱為p操作。

釋放臨界資源,訊號量加一的動作稱為-v操作。

並且p v操作都是原子性

訊號量s表示的意義:

下面給出原語的定義:

struct semaphore;

void semwait(semaphore s)

}void semsignal(semaphore s)

}

下面給出對二元訊號量的定義:

struct binary_semaphore; value;

queuetype queue;

};void semwait(binary_semaphore s)

}void semsignal(binary_semaphore s)

}

互斥是乙個程式設計標誌位,用來獲取和釋放乙個物件。當需要的資料不能被分享或處理,進而導致在系統中的其他地方不能同時執行時,互斥被設定為鎖定,用於阻塞其他程式使用資料。當資料不再需要或程式執行結束時,互斥被設定為非鎖定。

互斥與二元訊號量的區別:為互斥量加鎖的程序和為互斥量解鎖的程序必須時同乙個程序。相比之下,可能由某個程序對二元訊號量進行加鎖操作,由另乙個程序為其解鎖。(其實,在一些文獻和教材中,互斥鎖與二元訊號量並未區別。)

不論是二元訊號量還是級數訊號量,都需要乙個佇列來儲存當前正在等待的程序,那麼就產生乙個問題,程序按照什麼順序從佇列中移除?

最公平的策略是先進先出:被阻塞時間最久的先從佇列中移除。採用這一種策略的稱為強訊號量,而沒有規定程序從佇列中移除順序的訊號量稱為弱訊號量。強訊號量保證不會飢餓,而弱訊號量則無法保證。

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