进程同步与信号量、信号量临界区保护、信号量代码实现

生产者-消费者实例

当生产者发现 counter == BUFFER_SIZE 生产者等待（阻塞）
当消费者发现 counter == 0 消费者等待（阻塞）

存在问题：

只用counter做判断，在图中情况下会导致P2不会被唤醒。
应该需要另一量（信号量）考虑记录有多少进程阻塞等信息，并进行判断。

信号量

当 sem < 0表示 sem 有多个进程在等待
当 sem > 0 表示有空闲

B,有2个资源可以使用

信号量的定义

queue代表阻塞队列

V()的模型：

V(semaphore s)
{
	s.value++;
	if(s.value <= 0)
	{
		wakeup(s.queue);
	}
}

用信号量解决生产者-消费者问题

empty 表示空闲缓冲区，当缓冲区空时，生产者等待。full 表示缓冲区使用的数量，与empty相反。
Producer()中，作为生产者，P(empty)，V(full)，test 有没有空闲缓冲区。
Consumer()中，作为消费者，P(full),V(empty)，test 缓冲区是否为空
生产者什么时候会停？
当缓冲区为满时，空闲缓冲区为空时。
消费者什么时候会停？
当缓冲区为空时，缓冲区全部空闲时。

mutex 互斥信号量，初值为1

....
P(mutex) //申请锁 mutex --
{
	......
}
V(mutex)//释放锁 mutex ++;
....

由于mutex初值为1，当进程A申请锁时(P(mutex))，mutex --，此时为0。
若此时进程B也申请锁，由于此时进程A已上锁，P(mutex)将会使mutex由0改为 -1，此时进程将被sleep()。
当进程A执行完毕，释放锁(V(mutex))，会使mutex由-1改为0，将唤醒进程B,进程B取得锁。
进程B执行完毕，释放锁(V(mutex))，将会使mutex恢复至1.

信号量临界区保护

**什么是信号量？**通过对这个量的访问和修改，让大家有序推进。
为什么要保护信号量？
既然要对这个量访问和修改，那么一定会出现 竞争条件。

竞争条件：和调度有关的共享数据语义错误。


临界区：

读写信号量的代码一定是临界区，加以保护。

保护原则：

临界区保护的方法

轮换法：

标记法：

非对称标记：

标记与轮换的综合：Peterson算法

flag[i] 可以理解为：当前要执行i进程
turn = j 可以理解为： 接下来执行j进程

多个进程：面包店算法

硬件法：关中断

调度由中断产生，控制中断可以组织调度，cli()关中断，sli()开中断。
多CPU（多核）无效的原因：cli()和sli() 会使当前CPU忽略INTR寄存器上的中断标记，但无法控制其他CPU。

硬件法：原子指令法

信号量代码实现

（1）信号量数据结构以及应该在内核态，用户态应定义系统调用：sem_open(),调用sem_open()进入内核态调用sys_sem_open()，sys_sem_open()中创建信号量。
（2）此生产者要在文件中写入5个数：写之前判断是否有空闲缓冲区:sem_wait()，sys_sem_wait中实现P(empty)的功能：

....
cli();//保护信号量
if(semtable[sd].value -- < 0)
	sleep_on(current);
	(semtable[sd].queue).push(current); //加入队列，具体实现略
	schedule();
sti();
....

Linux 0.11 中：

1. 获取空闲缓存
2. 启动读入（上锁）
   
   sleep_on 的实现：
   
   在 四：进程运行轨迹的跟踪与统计中提到了sleep_on的实现，这个队列的实现及其巧妙。
   
   
   wake_up会将等待队列全部唤醒，然后根据优先级获取资源。
   再回头看lock_buffer():因为全部唤醒，优先级最高的会上锁，其他的再次睡眠。