臨界資源、臨界區、訊號量、P,V操作
阿新 • • 發佈：2019-02-06
一、資源：Linux上有硬體資源和軟體資源之分。程式會受到資源限制的影響，可能在這幾方面的資源限制受到影響：1.硬體方面的物理性限制（記憶體）；2.系統策略的限制（允許使用的CPU時間）；3.具體實現的限制（整數的長度、檔名中所允許的最大字元數）。
二、臨界資源：臨界資源是一次僅允許一個程序使用的共享資源。每次只准許一個程序進入臨界區，進入後不允許其他程序進入。不論是硬體臨界資源，還是軟體臨界資源，多個程序必須互斥地對它進行訪問。
三、臨界區：臨界區指的是一個訪問共用資源（例如：共用裝置或是共用儲存器）的程式片段，而這些共用資源又無法同時被多個執行緒訪問的特性。當有執行緒進入臨界區段時，其他執行緒或是程序必須等待（例如：bounded waiting 等待法），有一些同步的機制必須在臨界區段的進入點與離開點實現，以確保這些共用資源是被互斥
四、訊號量：訊號量（Semaphore）有時被稱為訊號燈，是解決併發問題過程中所使用的一種設施，可以用來保證兩個或多個關鍵程式碼段不被併發呼叫。一個程序在進入一個關鍵程式碼段之前，程序（或執行緒）必須獲取一個訊號量；一旦關鍵程式碼段完成了，那麼該程序（或執行緒）必須釋放訊號量。其它想進入該關鍵程式碼段的程序（或執行緒）必須等待直到第一個程序（或執行緒）釋放訊號量。
從併發機制的角度看，訊號量是一種併發機制，它用於程序間傳遞訊號的一個整數值。在訊號量上只有3中操作可以進行：初始化、遞減和增加，這三種都是原子操作。遞減操作可以用於阻塞
簡單的理解：訊號量：特殊變數，加1（v操作，釋放資源），減1（p操作，獲取資源），都是一個原子操作，值為0，減1阻塞。訊號量用來同步程序。同步：只有一個程式在執行。
五、原子操作：它在執行過程中不能被打斷。
六、P，V操作：實際上p操作就是-1（獲取資源），v操作就是+1（釋放資源）。
我的理解也就是訊號量用來解決互斥問題的一種方法。設訊號量為s,設有n個程序，所有的程序都需要訪問共享資源。每個程序中進入臨界區前執行semWait(s),如果s的值為負，則程序被阻塞，s的絕對值就是被阻塞程序的數量；如果值為1，則s被減為0，程序立即進入臨界區；由於s不再為正，因而其他任何程式都不能進入臨界區。訊號量一般初始化為1，這樣第一個執行semWait的程序可以立即進入臨界區，並把s的值置為0。接著任何試圖進入臨界區的其他（一個）程序，都將發現第一個程序忙，因此被阻塞，把s的值置為-1。可以有任意數目的程序試圖進入，每個不成功的嘗試都會使s的值減1，當最初進入臨界區的程序離開時，s的值增1
PV操作與訊號量的處理相關，P表示通過的意思，V表示釋放的意思。p操作和v操作是不可中斷的程式段，稱為原語。如果將訊號量看作共享變數，則pv操作為其臨界區，多個程序不能同時執行，一般用硬體方法保證。一個訊號量只能置一次初值，以後只能對之進行p操作或v操作。
使用PV操作實現程序互斥時應該注意的是：
⑴每個程式中使用者實現互斥的P、V操作必須成對出現，先做P操作，進臨界區，後做V操作，出臨界區。若有多個分支，要認真檢查其成對性。
⑵P、V操作應分別緊靠臨界區的頭尾部，臨界區的程式碼應儘可能短，不能有死迴圈。
⑶互斥訊號量的初值一般為1。
七、一些其它的知識
1.二值訊號量 0 1
2.計數訊號量 可能會>1
3.semget 建立訊號量
semop 修改訊號量的值 實現p v操作
semctl 初始化訊號量 刪除
4.訊號量的使用
1）建立訊號量，初始化值為1
2）提供P V操作
3）使用臨界資源之前執行P操作，用完執行V操作
4）銷燬訊號量
5.ipcs命令
ipcs –q 檢視訊息佇列 ipcs -s
ipcrm -s +訊號量id：手動清楚訊號量
ipcs -m 顯示共享記憶體
二、臨界資源：臨界資源是一次僅允許一個程序使用的共享資源。每次只准許一個程序進入臨界區，進入後不允許其他程序進入。不論是硬體臨界資源，還是軟體臨界資源，多個程序必須互斥地對它進行訪問。
三、臨界區：臨界區指的是一個訪問共用資源（例如：共用裝置或是共用儲存器）的程式片段，而這些共用資源又無法同時被多個執行緒訪問的特性。當有執行緒進入臨界區段時，其他執行緒或是程序必須等待（例如：bounded waiting 等待法），有一些同步的機制必須在臨界區段的進入點與離開點實現，以確保這些共用資源是被互斥
四、訊號量：訊號量（Semaphore）有時被稱為訊號燈，是解決併發問題過程中所使用的一種設施，可以用來保證兩個或多個關鍵程式碼段不被併發呼叫。一個程序在進入一個關鍵程式碼段之前，程序（或執行緒）必須獲取一個訊號量；一旦關鍵程式碼段完成了，那麼該程序（或執行緒）必須釋放訊號量。其它想進入該關鍵程式碼段的程序（或執行緒）必須等待直到第一個程序（或執行緒）釋放訊號量。
從併發機制的角度看，訊號量是一種併發機制，它用於程序間傳遞訊號的一個整數值。在訊號量上只有3中操作可以進行：初始化、遞減和增加，這三種都是原子操作。遞減操作可以用於阻塞
簡單的理解：訊號量：特殊變數，加1（v操作，釋放資源），減1（p操作，獲取資源），都是一個原子操作，值為0，減1阻塞。訊號量用來同步程序。同步：只有一個程式在執行。
五、原子操作：它在執行過程中不能被打斷。
六、P，V操作：實際上p操作就是-1（獲取資源），v操作就是+1（釋放資源）。
我的理解也就是訊號量用來解決互斥問題的一種方法。設訊號量為s,設有n個程序，所有的程序都需要訪問共享資源。每個程序中進入臨界區前執行semWait(s),如果s的值為負，則程序被阻塞，s的絕對值就是被阻塞程序的數量；如果值為1，則s被減為0，程序立即進入臨界區；由於s不再為正，因而其他任何程式都不能進入臨界區。訊號量一般初始化為1，這樣第一個執行semWait的程序可以立即進入臨界區，並把s的值置為0。接著任何試圖進入臨界區的其他（一個）程序，都將發現第一個程序忙，因此被阻塞，把s的值置為-1。可以有任意數目的程序試圖進入，每個不成功的嘗試都會使s的值減1，當最初進入臨界區的程序離開時，s的值增1
PV操作與訊號量的處理相關，P表示通過的意思，V表示釋放的意思。p操作和v操作是不可中斷的程式段，稱為原語。如果將訊號量看作共享變數，則pv操作為其臨界區，多個程序不能同時執行，一般用硬體方法保證。一個訊號量只能置一次初值，以後只能對之進行p操作或v操作。
使用PV操作實現程序互斥時應該注意的是：
⑴每個程式中使用者實現互斥的P、V操作必須成對出現，先做P操作，進臨界區，後做V操作，出臨界區。若有多個分支，要認真檢查其成對性。
⑵P、V操作應分別緊靠臨界區的頭尾部，臨界區的程式碼應儘可能短，不能有死迴圈。
⑶互斥訊號量的初值一般為1。
七、一些其它的知識
1.二值訊號量 0 1
2.計數訊號量 可能會>1
3.semget 建立訊號量
semop 修改訊號量的值 實現p v操作
semctl 初始化訊號量 刪除
4.訊號量的使用
1）建立訊號量，初始化值為1
2）提供P V操作
3）使用臨界資源之前執行P操作，用完執行V操作
4）銷燬訊號量
5.ipcs命令
ipcs –q 檢視訊息佇列 ipcs -s
ipcrm -s +訊號量id：手動清楚訊號量
ipcs -m 顯示共享記憶體