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2011-10-14 16:13:16

1、信号量的定义:


struct semaphore {

spinlock_t lock;

unsigned int count;

struct list_head wait_list;

};


linux中,信号量用上述结构体表示,我们可以通过该结构体定义一个信号量。


2、信号量的初始化:


可用void sema_init(struct semaphore *sem, int val);直接创建,其中val为信号量初值。

也可以用两个宏来定义和初始化信号量的值为10


DECLARE_MUTEX(name) : 定义信号量name并初始化为1

DECLARE_MUTEX_LOCKED(name) : 定义信号量name并初始化为0


还可以用下面的函数初始化:


void init_MUTEX(struct semaphore *sem); //初始化信号量的值为1
void init_MUTEX_LOCKED(struct semaphore *sem); //
初始化信号量的值为0


3、信号量的原子操作:

p操作:

* void down(struct semaphore *sem); //用来获取信号量,如果信号量值大于或等于0,获取

                                                                    信号量,否则进入睡眠状态,睡眠状态不可唤醒

* void down_interruptible(struct semephore *sem); //用来获取信号量,如果信号量大于或                                                                                             

                                                                                           等0,获取信号量,否则进入睡眠状

                                                                                           态,等待信号量被释放后,激活该程。

* void down_trylock(struct semaphore *sem); //试图获取信号量,如果信号量已被其他进程

                                                                                 获取,则立刻返回非零值调用者不会睡眠


v操作:


* void up(struct semaphore *sem); //释放信号量,并唤醒等待该资源进程队列的第一个进程


4、经典同步问题的解决方案:


* 生产者和消费者问题:

a、单缓冲区问题描述:生产者向消费者提供产品,它们共享一个有界缓冲区,生产者向其中投放产品,消费者从中取得产品。同时,每个进程都互斥的占用CPU。假定生产者和消费者是互相等效的,只要缓冲区未满,生产者就可以把产品送入缓冲区,类似的,只要缓冲区未空,消费者便可以从缓冲区中取走产品并消费它。生产者—消费者的同步关系将禁止生产者向已满的缓冲区中放入产品,也禁止消费者从空的缓冲区中获取产品


问题分析: 需要定义两个信号量,一个用于互斥访问缓冲区,另一个用于生产者与消费者之间的同步。s1=1; s2=0;


伪代码:


生产者进程                                                                 消费者进程


while(1)                                                                       while(1)

{                                                                                   {

printf(“I'm producing!\n”);                                                down_interruptible(&s2);

down_interruptible(&s1);                                               down_interruptible(&s1);

printf(“I'm putting a product into the buffer\n”);            printf(“I'm getting a product\n”);

up(&s1);                                                                            up(&s1);

up(&s2);                                                                      printf(“I'm consuming a product\n”);

}                                                                                  }


b、多生产者、多消费者、n个缓冲区问题描述:有一群生产者进程在生产产品,并将这些产品提供给消费者进程去消费。为使生产者进程与消费者进程并发执行,在两者之间设置了n个缓冲区,生产者将产品放入一个缓冲区中,消费者可以从一个缓冲区中取走产品去消费。要求生产者进程与消费者进程必须保持同步,即不允许生产者进程向一个满的缓冲区放产品,也不允许消费者从一个空的缓冲区取产品。


问题分析:该问题貌似比a问题复杂的多,首先我们定义一个数组buffer[n],来表示n缓冲区,还需要定义两个变量:in 表示要存入的缓冲区的下标,out表示要取产品的缓冲区的下标。定义三个信号量:s1用于实现对缓冲池的互斥操作,empty表示空缓冲区的个数,full表示满缓冲区的个数。初值:in=out=0; s1=1; full=0; empty=n;


伪代码如下:


生产者进程                                                                    消费者进程


while(1)                                                                          while(1)

{                                                                                      {

printf(“I'm producing!\n”);                                                   down_interruptible(&full);

down_interruptible(&empty);                                            down_interruptible(&s1);

down_interruptible(&s1);                                                   printf(“I'm getting a product

printf(“I'm putting a product into the buffer[in]\n”);                  from buffer[out]\n”);

                                                                                                      out = (out+1)%n;

in = (in+1)%n;                                                                                up(&s1);

up(&s1);                                                                                       up(&empty);

up(&full);                                                                     printf(“I'm consuming a product\n”);

}                                                                                       }


* 哲学家进餐问题:

问题描述:五个哲学家共用一个圆桌,分别坐在周围的五张椅子上,在圆桌上有五只碗和五只筷子,他们交替进行思考和进餐。哲学家饥饿时便试图取最靠近他的两只筷子,当同时获得两只筷子时便可用餐,用餐完毕后放下筷子。


问题分析: 五只筷子为临界资源,定义包含五个元素的信号量数组来实现对筷子的互斥使用。chopstick[5],五个信号量的初值都为1。


伪代码:


ii=0,1,2,3,4)个哲学家进程:


while(1)

{

          down_interruptible(&chopstick[i]);

          down_interruptible(&chopstick[(i+1)%5]);

          printf(“I'm eating!\n”);

          up(&chopstick[i]);

          up(&chopstick[(i+1)%5);

}


* 读者写者问题:

问题描述:一个文件可被多个进程共享,reader进程读取该文件,而writer进程负责写文件,允许多个reader进程同时读取文件,但不允许一个writer进程和其他reader程或writer进程同时访问文件。


问题分析:进程对文件互斥访问的实现可借助一个信号量就可以搞定,但是我们需要引入一count变量来记录reader进程的个数,对这个变量的访问也是互斥的,所以也需要引入一个信号量。定义信号量rs实现对count的互斥访问,定义ws实现对文件的互斥访问。两信号量初值都为1


伪代码:


reader进程                              writer进程

{                                                                                           {

        down_interruptible(&rs);                                                 down_interruptible(&ws);           if (count == 0){                                                                  printf(“I'm writing!\n”);

                  down_interruptible(&ws);                                     up(&ws);

        }                                                                                    }

        count++;

        up(&rs);


        printf(“I'm reading!\n”);


       down_interruptible(&rs);

       count--;

       if(count == 0){

               up(&ws);

        }

        up(&rs);

}            

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