信号量与管程 共享资源, 操作系统, 软件

yuyang911220

一、概述
　信号量是操作系统提供的一种协调共享资源访问的方法。和用软件实现的同步比较，软件同步是平等线程间的的一种同步协商机制，不能保证原子性。而信号量则由操作系统进行管理，地位高于进程，操作系统保证信号量的原子性。
   信号量是跟锁机制在同一个层次上的编程方法。
   管程是为了解决信号量在临界区的PV操作上的配对的麻烦，把配对的PV操作集中在一起，生成的一种并发编程方法。其中使用了条件变量这种同步机制。
   
二、信号量
  1）概述
　 信号中包括一个整形变量，和两个原子操作P和V，其原子性由操作系统保证，这个整形变量只能通过P操作和V操作改变。
    P意味着信号量值减1，减完之后如果信号量值小于0，则说明资源不够用的，把进程加入等待队列。
　 V意味着信号量值加1，加完之后如果信号量值小于等于0，则说明等待队列里有进程，那么唤醒一个等待进程。
   
   
　 信号量的等待进程被放在等待队列中，按先进先出的次序执行。
    自旋锁不能保证进程按先进先出的次序执行，因为自旋锁的所有等待进程都在循环中忙等待，在临界区释放的那一刻，先检查到临界区为空的进程先进入临界区，没有先来后到之分。
  2）具体实现：
   
  3）信号量分类：
    i)二进制信号量：资源数目为0或1
    ii)资源信号量：资源数目为任何非负值
    两者其实是等价的，基于一个可以实现另一个。
  4) 信号量作用：
   i）实现临界区的互斥访问
     进入临界区之前使用P操作，如果信号量为1，则进入，且信号量设置为0。如果信号量为0，则进入等待队列。
     退出临界区之后使用V操作，信号量值加1，如果信号量还小于等于0，则唤醒等待队列中的一个进程。
     
  ii)实现条件同步
    一个线程A使用P操作，一个线程B使用V操作，初始的信号量设置为0。则为了满足某个条件，必须在线程B执行之后，才可以执行线程A。用信号量可以轻松实现这一点。
　
5）用信号量实现生产者-消费者问题
　
   
   
6）使用信号量的缺陷
    读/开发代码比较困难，而且PV在不同的线程里配对，容易写错。而且必须先检查资源信号量的值，再进入临界区（即先写emptyBuffers->P(),再写mutex->P())，否则所有线程都不能进入临界区。
三、管程
1）概述
   管程是为了解决信号量在临界区的PV操作上的配对的麻烦，把配对的PV操作集中在一起，生成的一种并发编程方法。其中使用了条件变量这种同步机制。
   管程与临界区不同的是，在管程中的线程可以临时放弃管程的互斥访问，让其他线程进入到管程中来。而临界区中的线程只能在线程退出临界区时，才可以放弃对临界区的访问。
   
  2）管程的组成
    当条件变量的数目为0时，管程和临界区相同。
   
  3）条件变量
　　一个条件变量就对应于一个等待队列，每个条件变量有一个Wait()操作和Signal（）操作。
   
   
4）用管程实现生产者-消费者问题
   
　先进入管程，再进行判断。就是因为管程中的线程可以放弃对管程的互斥访问，交由其他线程访问管程。
   （视频里说 管程可以把PV操作都集中到一个模块里，我对此有疑问。。在我看来，不就是把两个信号量表示成两个条件变量了嘛。。PV还是分散的啊。求指教）