進程同步與信號量、信號量臨界區保護、信號量代碼實現

生產者-消費者實例

當生產者發現 counter == BUFFER_SIZE 生產者等待（阻塞）
當消費者發現 counter == 0 消費者等待（阻塞）

存在問題：

只用counter做判斷，在圖中情況下會導致P2不會被喚醒。
應該需要另一量（信號量）考慮記錄有多少進程阻塞等信息，並進行判斷。

信號量

當 sem < 0表示 sem 有多個進程在等待
當 sem > 0 表示有空閒

B,有2個資源可以使用

信號量的定義

queue代表阻塞隊列

V()的模型：

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

用信號量解決生產者-消費者問題

empty 表示空閒緩衝區，當緩衝區空時，生產者等待。full 表示緩衝區使用的數量，與empty相反。
Producer()中，作爲生產者，P(empty)，V(full)，test 有沒有空閒緩衝區。
Consumer()中，作爲消費者，P(full),V(empty)，test 緩衝區是否爲空
生產者什麼時候會停？
當緩衝區爲滿時，空閒緩衝區爲空時。
消費者什麼時候會停？
當緩衝區爲空時，緩衝區全部空閒時。

mutex 互斥信號量，初值爲1

....
P(mutex) //申請鎖 mutex --
{
	......
}
V(mutex)//釋放鎖 mutex ++;
....

由於mutex初值爲1，當進程A申請鎖時(P(mutex))，mutex --，此時爲0。
若此時進程B也申請鎖，由於此時進程A已上鎖，P(mutex)將會使mutex由0改爲 -1，此時進程將被sleep()。
當進程A執行完畢，釋放鎖(V(mutex))，會使mutex由-1改爲0，將喚醒進程B,進程B取得鎖。
進程B執行完畢，釋放鎖(V(mutex))，將會使mutex恢復至1.

信號量臨界區保護

**什麼是信號量？**通過對這個量的訪問和修改，讓大家有序推進。
爲什麼要保護信號量？
既然要對這個量訪問和修改，那麼一定會出現 競爭條件。

競爭條件：和調度有關的共享數據語義錯誤。


臨界區：

讀寫信號量的代碼一定是臨界區，加以保護。

保護原則：

臨界區保護的方法

輪換法：

標記法：

非對稱標記：

標記與輪換的綜合：Peterson算法

flag[i] 可以理解爲：當前要執行i進程
turn = j 可以理解爲： 接下來執行j進程

多個進程：麪包店算法

硬件法：關中斷

調度由中斷產生，控制中斷可以組織調度，cli()關中斷，sli()開中斷。
多CPU（多核）無效的原因：cli()和sli() 會使當前CPU忽略INTR寄存器上的中斷標記，但無法控制其他CPU。

硬件法：原子指令法

信號量代碼實現

（1）信號量數據結構以及應該在內核態，用戶態應定義系統調用：sem_open(),調用sem_open()進入內核態調用sys_sem_open()，sys_sem_open()中創建信號量。
（2）此生產者要在文件中寫入5個數：寫之前判斷是否有空閒緩衝區:sem_wait()，sys_sem_wait中實現P(empty)的功能：

....
cli();//保護信號量
if(semtable[sd].value -- < 0)
	sleep_on(current);
	(semtable[sd].queue).push(current); //加入隊列，具體實現略
	schedule();
sti();
....

Linux 0.11 中：

1. 獲取空閒緩存
2. 啓動讀入（上鎖）
   
   sleep_on 的實現：
   
   在 四：進程運行軌跡的跟蹤與統計中提到了sleep_on的實現，這個隊列的實現及其巧妙。
   
   
   wake_up會將等待隊列全部喚醒，然後根據優先級獲取資源。
   再回頭看lock_buffer():因爲全部喚醒，優先級最高的會上鎖，其他的再次睡眠。