【操作系统原理】信号量机制

        信号量机制是一种卓有成效的进程互斥同步工具。这里只介绍记录型信号量机制，它可以有效的解决CPU“忙等”的问题，实现互斥。

 

       记录型信号量机制的数据结构如下（看不懂那些字母是什么其实没有关系）：

 

            type semaphore=record

            value:integer;   (下文传说中的S)

            L: list of process;(排队使用的进程要待的阻塞队列)

            end;

 

       这里需要注意记录型信号量S的整形分量value的值的物理含义，表示该类资源可用的数目，也可以说是执行P操作而不会被阻塞的进程的数目，一般为<=1，因为这里是进程互斥(但是也可以大于1),等于1时，表示该资源可用，等于0时，表示该资源正在被使用，而且没有进程被阻塞，但是当期数值小于0时，其绝对值表示信号量S的阻塞队列中的进程数。L表示进程的阻塞队列。

 

       记录型信号机制的实现伴随着P操作和V操作，P操作指的是测试，V操作指的是增加，不要问我为啥叫PV，我只能说来源于荷兰语。一般P操作要伴随着V操作，二者成双成对出现。

 

 

           那么我们来看看P操作和V操作到底是什么，那么神奇：

 

P的原语操作可以描述为：

procedure P(var s:semaphore);

begin

s.value:=s.value-1;(将信号量值减1)

if s.value<0 then block(s.L);（若信号量值小于0，则调用阻塞原语阻塞自己，插入到阻塞队列中去）

end;

 

V的原语操作可以描述为：

procedure P(var s:semaphore);

begin

s.value:=s.value+1;(将信号量值加1)

if s.value<0 then wakeup(s.L);（若信号量值小于等于0，则调用唤醒原语从阻塞队列中唤醒一个进程）

 

举个实际的栗子：

用P,V操作实现火车互联网定票系统在北京，天津两地的两个终端售票进程发售同一班次车票的过程。

(1)   根据顾客要求找到公共数据单元

(2)   P(S)；

(3)   把Pk的值读到工作寄存器R1中；（进程的临界区）

(4)   根据顾客订票数修改R1；（进程的临界区）

(5)   将R1的值写到Pk中；（进程的临界区）

(6)   V(S)；

(7)   售出顾客所定的票，返回；

 

例如北京的售票区抢先执行并且进入自己的临界区，这时轮到天津区执行进程，也要求进入临界区，执行P(S)，但是因为北京已经在临界区中，执行完P了，此时的信号量S的值已经从1减为0，然后因为天津售票执行P(S),此时P(S)的值变为-1，导致自己阻塞，直到北京之行完V(S)，使得S的值变为0，然后天津从阻塞队列中唤醒，当它再次访问公共票据单元时，数据已经被背景改过了，然后就实现了互斥。