訊號量詳解

阿新 • • 發佈：2020-12-27

技術標籤：作業系統佇列多執行緒作業系統 queue

2.14 訊號量（重點）

程序通過傳遞訊號進行協作

程序因為某個條件阻塞，不能繼續推進
程序因為某個條件被喚醒，可以繼續推進

可以實現訊號燈作用的整數變數：訊號量

訊號量的三種操作

初始化：初始化為非負數，代表某種初始狀態
自增semSignal（操作代號：V）：該操作使訊號量+1，若此時訊號量仍<=0,喚醒被P操作阻塞的程序
自減semWait（操作代號：P）：該操作使訊號量-1，若此時訊號量<0，則阻塞執行P該操作的程序

2.14.1 訊號量分類

二元訊號量：訊號量值為0/1

struct binary_semaphore{
	enum 
 { zero, one } value;
	queueType queue;//內建佇列
};  
void semwaitB(binary_semaphore s){//P操作
	if(s.value == one)
		s .value = zero;
	else {									//此時阻塞
			place this process in s.queue;//當前程序加入阻塞佇列
			block this process;//不是忙等，不佔cpu時間，等待喚醒
	}
}
void semsignalB(semaphore s){//V操作
	if( s.queue is empty())
		s .value= 
one;
	else {
			remove a process P from s.queue;//從阻塞佇列取出程序
			place process P on ready list;//喚醒阻塞程序
	}
}

計數訊號量：即一般訊號量，訊號量取值範圍更大

struct semaphore {
	int count;
	queueType queue;
};

void semwait ( semaphore s ){//P操作
	s.count--;
	if ( s.count <0 ){
		place this process in s.queue;
		block this process; 

	}
}

void semsignal ( semaphore s){//V操作
	s.count++;
	if ( s.count <= 0 ){
		remove a process P from s.queue;
		place process P on ready list;
	}
}

2.14.2 訊號量內部的佇列

強訊號量：程序按照FIFO移出
弱訊號量：不規定程序移出的順序

2.14.3 使用訊號量解決互斥問題

程序不能進行P操作時需要等待另一個程序的V操作，實現互斥

/* program mutualexclusion */
const int n = / *number of processes */;
semaphore s = 1 ;//初始化

void P(int i){
	while (true){
		semwait(s);//P操作：semaphore=1,可以--
		/*訪問臨界區*/;
		semsignal(s);//V操作：semaphore++
		/*remainder*/;
	}
}

void main (){
	parbegin (P( 1),P( 2), . . ., P(n) ) ;
}

在這裡插入圖片描述

2.14.4 訊號量的實現

semWait、semSignal作為原語實現
任意時刻僅有一個程序使用PV操作修訊號量
可以使用硬體實現
可以使用前面的機器指令實現

semWait (s){P操作
	while (compare_and_swap(s.flag,0,1) == 1)//指令作用：s.flag=0?s.flag=1:;迴圈作用：s.flag=1跳出迴圈
		/ *do nothing */;
	s.count--;
	if (s.count < 0) {
		place this process in s.queue;
		block this process (must also set s.flag to 0);
	}
	s.flag = 0;
}

semSignal(s){//V操作
	while (compare and swap(s.flag, 0,1) == 1)//指令作用：s.flag=0?s.flag=1:;迴圈作用：s.flag=1跳出迴圈
		/* do nothing */;
	s.count++;
	if (s.count <= 0){
		remove a process P from s.queue;
		place process P on ready list;
	}
	s.flag = 0;
}