信号量基础和两个经典例子

信号量(semaphore)

用于进程中传递信号的一个整数值。

三个操作：

1、一个信号量可以初始化为非负值

2、semWait操作可以使信号量减1，若信号量的值为负，则执行semWait的进程被阻塞。否则进程继续执行。

3、semSignal操作使信号量加1。若信号量的值小于等于0，则被semWait操作阻塞的进程讲被接触阻塞。

ps: semWait对应P原语，semSignal对应V原语。

信号量以及PV原语的C语言定义如下

struct semaphore
{
	int count;
	queueType queue;
}

void semWait(semaphore s)
{
	s.count--;
	if(s.count<0)
	{
		//把当前的进程插入到队列当中
		//阻塞当前的进程
	}
}

void semSignal(semaphore s)
{
	s.count++;
	if(s.count<=0)
	{
		//把进程P从队列当中移除
		//把进程P插入到就绪队列中等待运行。
	}
}

使用信号量进行互斥的方法

假如S=1，那么运行了semWait(s)之后,s的值就为0，进程进入了临界区；如果S的值为负的，则进程被阻塞

semaphore s=1;
void  p(int i)
{
	while(true)
	{
		semWait(s);
		//临界区
		semSignal(s);
		//其他部分
	}
}

生产者/消费者问题

以下是无限缓冲区的解决方法,有限缓冲区再设置一个信号量e=缓冲区大小即可。

semaphore n=0,s=1;
void producer()
{
	while(true)
	{
		produce();//生产产品
		semWait(s);//s=0使用缓冲区的时候使用S信号量禁止消费者进入
		append();//往缓冲区加入数据
		semSignal(s);//s=1允许消费者进入
		semSignal(n);//n=1表示缓冲区数据量为1,允许消费者进入
	}
}

void consumer()
{
	while(true)
	{
		semWait(n);//n>=1时,往缓冲区取数据
		semWait(s);//s=0使用缓冲区的时候使用S信号量禁止生产者进入
		take();//取走产品
		semSignal(s);//s=1允许生产者进入
		consume();//消费产品
	}
}

读者/写者问题

读者优先

int readcount;//readcount用于记录读进程的数目
semaphore x=1,wsem=1;//wsem为Write Semaphore，用于实施互斥
void reader()
{
	//信号量x用于确保readcount被正确的更新
	while(true)
	{
		semWait(x);
		readcount++;
		if(readcount==1)
			semWait(wsem);//读的时候不允许写操作
		semSignal(x);
		READUNIT();//读操作
		semWait(x);
		readcount--;
		if(readcount==0)
			semSignal(wsem);
		semSignal(x);
	}
}

void writer()
{
	while(true)
	{
		semWait(wsem);
		WRITEUNIT();//写操作
		semSignal(wsem);
	}
}

写者优先

int readcount;//readcount用于记录读进程的数目
int writecount;//控制resm的设置
semaphore x=1,wsem=1,resm=1;//wsem为Write Semaphore，用于实施互斥
void reader()
{
	//信号量x用于确保readcount被正确的更新
	while(true)
	{
		semWait(z);//只允许一个读进程在resm上排队，其他读进程在等待resm之前，在信号量z上排队.z初始化？
			semWait(resm);//信号量resm：当至少有一个写进程访问数据区时，禁止所有读进程
				semWait(x);
				readcount++;
				if(readcount==1)
					semWait(wsem);//读的时候不允许写操作
				semSignal(x);
			semSignal(resm);
		semSignal(z);

		READUNIT();//读操作

		semWait(x);
		readcount--;
		if(readcount==0)
			semSignal(wsem);
		semSignal(x);
	}
}

void writer()
{
	while(true)
	{
		semWait(y);//信号量y用于确保writecount被正确的更新
		writecount++;
		if(writecount==1)
			semWait(resm);
		semSignal(y);

		semWait(wsem);
		WRITEUNIT();//写操作
		semSignal(wsem);

		semWait(y);
		writecount--;
		if(writecount==0)
			semSignal(resm);
		semSignal(y);
	}
}