互斥信号量问题

2010年01月10日 星期日 下午 05:53信号量机制一般信号量集的几种特殊情况：


Swait(S, d, d)，只有一个信号量S，允许每次申请d个资源，若现有资源数少于d，不予分配。
Swait(S, 1, 1)，蜕化为一般的记录型信号量(S>1时)或互斥信号量(S=1时)。
Swait(S, 1, 0)，当S>=1时，允许多个进程进入某特定区，当S变为0后，阻止任何进程进入特定区，相当于可

控开关。
产者——消费者问题
Var mutex, empty, full: semaphore :=1, n, 0;
buffer: array [ 0, …, n-1] of item;
in, out: integer :=0, 0;
begin
parbegin
producer : begin
repeat
…
produce an item in nexp;
…
Swait(empty, mutex);
buffer(in):=nexp;
in:=(in+1) mod n;
Ssignal(mutex, full);
until false;
end
consumer : begin
repeat
Swait(full, mutex);
nextc:=buffer(out);
out:=(out+1) mod n;
Ssignal(mutex, empty);
consume the item in nexc;
until false;
end
parend
end
读者——写者问题：一个数据文件或记录可被多个进程共享。
只要求读文件的进程称为“Reader进程”，其它进程则称为“Writer进程”。
允许多个进程同时读一个共享对象，但不允许一个Writer进程和其他Reader进程或Writer进程同时访问共享对

象。
“读者——写者问题”是保证一个Writer进程必须与其他进程互斥地访问共享对象的同步问题。为实现Reader

与Writer进程间在读或写时的互斥而设置了一个互斥信号量Wmutex。设置整型变量Readcount表示正在读的进程

数目。
由于只要有一个Reader进程在读，便不允许Writer进程去写。因此，仅当Readcount=0，表示尚无Reader进程在

读时，Reader才需要执行Wait(Wmutex)操作。若Wait(Wmutex)操作成功，Reader进程便可去读，相应地，做

Readcount+1操作。
Var rmutex, wmutex :semaphore :=1, 1;
Readcount :integer :=0;
begin
parbegin
Reader : begin
repeat
wait(rmutex);
if Readcount=0 then wait(wmutex);

Readcount :=Readcount +1;
signal(rmutex);
…
perform read operation;
…
wait(rmutex);
Readcount :=Readcount -1;
if Readcount=0 then signal(wmutex);
signal(rmutex);
until false;
end
Writer : begin
repeat
wait(wmutex);
perform write operation;
signal(wmutex);
until false;
end
parend
end
哲学家进餐问题1. 利用记录型信号量解决哲学家进餐问题
放在桌子上的筷子是临界资源，在一段时间内只允许一个哲学家使用。为实现对筷子的互斥使用，用一个信号量表示一只筷子，五个信号量构成信号量数组。
Var chopstick: array [0, …, 4] of semaphore;
所有信号量均被初始化为1。第i 位哲学家的活动可描述为：
repeat
wait(chopstick[ i ]);
wait(chopstick[ ( i +1) mod 5] );
…
eat;
…
signal(chopstick[ i ]);
signal(chopstick[ ( i +1) mod 5] );
…
think;
until false;
解决方法：
至多只允许有四位哲学家同时去拿左边的筷子，最终能保证至少有一位哲学家能够进餐，并在用毕后释放出他用过的两只筷子，从而使更多的哲学家能够进餐。---限制并发执行的进程数
仅当哲学家的左右两只筷子均可用时，才允许他拿起筷子进餐。---采用信号量集
规定奇数号哲学家先拿他左边的筷子，然后再去拿右边的筷子；偶数号哲学家则相反。---保证总会有一个哲学家能同时获得两只筷子而进餐2. 利用AND信号量机制解决哲学家进餐问题
Var chopstick: array [0, …, 4] of semaphore:=(1, 1, 1, 1, 1);
Process i
repeat
think;
Swait(chopstick[ ( i +1) mod 5] , chopstick[ i ] );
eat;
Ssignal(chopstick[ ( i +1) mod 5] , chopstick[ i ] );
until false;
关于信号量的进一步说明：1记录型信号量可以用于两个进程，也可以用于多个进程，既可以用于互斥，也可以用于同步。当互斥与同步共存时，一般来说，用于互斥的信号量上的Wait操作总是在后执行。2如果用于互斥，常称为互斥（或公用）信号量，其初值为1。对于两个并发进程，S只有1、0、-1三个取值:

s=1：无进程进入临界区；
s=0：有一个进程进入

临界区；
s=-1: 有一个进程在临界区，另一个进程等待进入临界区。
对于n个并发进程，信号量S可取值的范围是： 1～ -(n-1)，当S<0时，表示有一个进程已进入临界区，而且还有|Ｓ|个进程正在等待进入临界区，它们处于等待队列中。
对于互斥信号量，每一进程均可对其进行Wait、Signal操作。
如果用于同步，多采用私用信号量，也称为资源信号量，其初值视资源数而定。它联系一组并发进程，只允许拥有它的进程对其实施Wait操作。
作为资源信号量，当S>0时，其值表示可用资源的数量，执行一次Wait操作意味着请求分配一个单位的资源；若S<=0，表示已无资源，申请资源的进程被阻塞，并排入信号量S的等待队列中，执行一次Signal操作，意味着释放一个单位的资源。