學會程序同步，有這一篇就夠了

同步速度什麼意思

為什麼要有程序同步

直接談程序同步的概念有點抽象，我們先聊一聊為什麼要有程序同步機制。 我們的計算機系統剛開始是單道批處理系統，意思就是同一時間段內只能執行一個程式，這個程式執行完，才能執行另一個程式，這樣就會導致執行效率太低，系統中的資源得不到充分的利用。 怎麼解決呢，就發明了多道批處理系統，多道程式併發執行，這樣大大提高了系統資源的利用率。 但是這種系統就會產生一些問題，比如有的資源，比如顯示器，cpu，同一時間肯定只能一個程式使用，多個程式肯定不能同時使用顯示器，這就是

「互斥關係」

，另外，有的兩個程序間存在這樣的制約關係：A程式的輸出是B程式的輸入，這是

「同步關係」

，為了解決這些問題，我們引入了程序同步機制。

程序同步的方法

怎麼用程序同步的方法解決上述問題呢，其中一個方法就是訊號量機制。

訊號量機制

訊號量機制是由荷蘭的dijkstra發明的，有三種訊號量機制，分別是

「整型訊號量」

，

「結構體型訊號量」

和

「AND型訊號量」

。

「整型訊號量」

說白了就是用一個整數來進行管理，這個整數代表資源的數目，眾所周知，對資源的操作有兩種，一種是使用，一種是釋放。 他們分別對應兩個函式：wait和signal

wait（S）{

while（S<=0）；

S——；

}

signal（S）{

S++；

}

wait方法的意思就是首先看資源可不可以用，如果不可以用，也就是S<=0，它會一直等下去，直到S成為一個正數，然後S自減；signal的意思是使用完資源後釋放資源，S自增。

「結構體型訊號量」

為什麼整型訊號量用的好好的，要造一個結構體型訊號量呢？ 因為整型訊號量有個問題：我們會發現當S<=0的時候，會一直執行迴圈，也就是程序會處於忙等的狀態。 我們要解決忙等，也就是要讓程序符合“讓權等待”，就是要在程序無法使用資源的時候，釋放處理機。 那麼問題就來了，該讓哪個程序訪問臨界資源呢？ 我們可以使用一個連結串列來解決這個問題。 所以我們就用一個結構體來描述資源，這個結構體長這樣：

typedef struct{

int value；

struct process_control_block *list；

}semaphore；

這個結構體裡邊有兩個變數，一個是value，用來記錄資源的個數，下邊這個是指標，指向下一個要使用臨界資源的程序。 所以之前的使用和釋放資源的函式就變成了這樣：

wait（semaphore *S）{

S->value——；

if（S->value<0） block（S->list）；

}

signal（semaphore *S）{

s->value++；

if（S->value<=0） wakeup（S->list）；

}

使用訊號量機制解決問題

上邊咱們只是簡單介紹了一下訊號量機制，但別忘了咋們是要解決互斥關係和同步關係這兩個問題的。

「實現互斥關係」

假設兩個程序PA，PB具有互斥關係，也就是他們倆要使用一個臨界資源，怎麼做呢，我們設定一個mutex訊號量，初值設為1，這樣的話剛開始兩個程序都能使用，他們使用的時候，先wait，wait完自然要讓mutex-1，這樣mutex為0，另一個就不能用了，使用完以後signal（釋放），mutex重新變成1，另一個程序依然可以使用該臨界資源。

semaphore mutex=1；

PA（）{

while（1）{

wait（mutex）；

臨界區

signal（mutex）；

剩餘區

}

}

PB（）{

while（1）{

wait（mutex）；

臨界區

signal（mutex）；

剩餘區

}

}

「實現前驅關係」

假設P1和P2有前驅關係，P1執行完，P2才能執行，那麼怎麼實現呢？ 可以設定一個公共的訊號量S，初值設為0

程序P1中：S1；signal（S）；

程序P2中：wait（S）；S2；

這個是什麼意思呢，就是先執行P1的語句，然後釋放S，也就是S++，這樣當P2執行wait的時候才可以執行，否則，不執行signal的話，S就為0，P2也無法執行，這樣就實現了P1和P2的前驅關係。