L16171819 【哈工大_操作系统】进程同步与信号量信号量临界区保护信号量的代码实现死锁处理

让进程走走停停，实现进程同步。

1.、信号量的定义

在这里插入图片描述

生产者Producer需要判断是否还有空闲缓冲区生产资源，所以定义一个标志empty，初始值为最大可用资源数，在开头维护；同时，在消费者Consumer中释放了一个资源后，需要释放一个empty，在结尾维护。
消费者Consumer需要判断是否有资源需要去执行，所以定义一个标志full，初始值为0，在开头维护；同时，在生产者Producer产生新的资源需要增加full，在结尾维护。
共享缓冲区定义在文件中，所以要考虑文件读写的互斥，定义了一个锁mutex，初始值为1。任何一个使用时，调用P()，mutex–，则mutex=0。当另外一个调用P()时，mutex=-1，此时小于零，将等待。

用临界保护信号量，用信号量实现同步

1、竞争条件：和调度有关的共享数据语义错误
若empty修改到一半，跳转到其他进程运行，将导致少减一个。

2、临界区

临界区：一次只允许一个进程进入的一段代码。

3、两个进程的临界区策略
在这里插入图片描述

4、临界区保护：面包店算法（软件方法）

5、临界区保护：硬件方法

修改empty需要 mutex 保护，但其实mutex也是一个变量，将导致修改mutex也需要保护，修改mutex的保护也需要保护，没完没了。进而引出了一种硬件原子指令法，使得mutex锁时不能被打断，即硬件实现保护。

定义了一个信号量结构体，包含信号量名称、值、等待唤醒进程队列
sem_open根据信号名打开信号量，若没有则创建
sem_wait中通过开关中断实现保护临界区，信号量值小于零阻塞
开关中断来实现信号量的保护
根据信号量来判断是否睡眠等待
磁盘读完后，睡眠的进程将由中断唤醒
隐蔽的队列：tmp作为局部变量，存放在当前进程内核栈中。所以当前进程能找到tmp，建立了索引；而tmp指向下一个进程的PCB；下个进程PCB找到下个进程的内核栈，内核栈找到tmp；tmp再指向下下个进程的PCB…构成了一个队列。
则 sleep_on 把自己放到队列中，变成阻塞态，然后schedule切出去
变成阻塞态的睡眠队列，在磁盘中断中被唤醒
在while中sleep_on实现将队列中所有进程进行唤醒

1、死锁四个必要条件

2、死锁处理方法
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分析死锁：

死锁的产生：如果将生产者和消费者的各自的一二行代码交换一下顺序。对于生产者，当empty=0时，mutex执行后锁住，执行empty时阻塞，等待消费者执行V(empty)；对于消费者，此时mutex=0，还要等待生产者执行V(mutex)，互相需要对方资源，造成死锁。
而相对于原本正确的实现：对于生产者，当empty=0时，P(empty)就阻塞了，等待消费者；消费者可以正常执行，因为mutex没有被锁住。