- 进程合作：多进程共同完成一个任务。
L16 进程同步与信号量
进程同步与合作
进程合作：多进程共同完成一个任务。
进程同步与合作仍用之前经典的生产者-消费者例子讲述：
为了让生产者进程和消费者进程能在正确的顺序上运行，需要让这两个进程之间能够“交流”，我们可以通过“信号”让这两个进程实现交流，比如说当生产者进程生产的东西填满缓冲区后，该进程就应该陷入空循环，等待消费者进程消费产品，只有当消费者进程消费掉一个产品，让
counter--后，生产者进程才能够继续生产，它们之间交流的信号就是 “counter” 。★进程同步的核心就是”等待“，一个进程要适时地等待另外一个进程做完一些事后，再继续运行，才能运行在正确的顺序上，而一个进程什么时候才能知道另一个进程已经做完了一些事，可以继续运行了，就需要信号来告诉它。
★进程同步 = 等待 + 唤醒。
★★★信号量
但只有信号还不足以解决问题，继续看生产者-消费者例子，假设此时有生产者P1、生产者P2和消费者C三个进程，当
counter==BUFFER_SIZE时，生产者进程会陷入睡眠，假设此时缓冲区满，则P1、P2都陷入睡眠，等待被唤醒；然后消费者进程开始运行，当消费者进程消费掉一个产品后，counter==BUFFER_SIZE-1，此时消费者进程C会唤醒一个生产者进程，假设是P1，P1被唤醒，然后消费者进程C继续运行，counter==BUFFER_SIZE-2，消费者进程C不会再唤醒生产者进程了，就意味着P2没有机会被唤醒，出现了问题。原因在于只有信号
counter是不够的，它所蕴含的信息太少，不能反映到底是有几个生产者进程陷入了睡眠，因此需要采用信号量机制：不再是根据counter来发信号了，而要根据信号量来发信号，通过信号量的值来决定进程什么时候等待，什么时候要被唤醒。用 sem 来表示信号量（semaphore）：
当缓冲区满时，P1执行，发现缓冲区满，于是P1睡眠，sem = -1，表示这时有一个生产者进程陷入睡眠；
然后P2执行，也发现缓冲区满，于是P2睡眠，sem = -2，表示这时有两个生产者进程陷入睡眠；
然后C执行，消耗一个产品，并发现 sem = -2，知道有两个生产者进程陷入了睡眠，于是唤醒其中一个（假设是P1），sem = -1，表示这时还剩一个生产者进程（P2）陷入睡眠，而被唤醒的P1又生产了一个产品，此时缓冲区还是满的；
然后C继续执行，消耗一个产品，发现 sem = -1，知道有一个生产者进程陷入了睡眠，于是唤醒它，sem = 0，表示这时没有生产者进程陷入睡眠，而被唤醒的P2又生产了一个产品，此时缓冲区还是满的；
当C再次执行的时候，消耗一个产品，sem = 1，表示此时缓冲区有一个空闲的位置可以让生产者进程生产产品；
然后P3执行，生产一个产品，sem = 0，表示缓冲区满了。
★★★接下来就用信号量来解决前面提出的生产者-消费者问题。
这里用到了三个信号量：
- full 表示缓冲区中资源位置的个数，初值为0，当 full = 0 时就代表缓冲区中没有资源了；
- empty 表示缓冲区中空闲位置的个数，初值为 BUFFER_SIZE，当 empty = 0 时就代表缓冲区满了；
- mutex 为互斥信号量（mutual exclusion），初值为 1，其功能就类似于“L9-多进程的合作”中提到的“锁”，当 mutex = 1 时，表示该进程可以继续向下运行，当 mutex <= 0 时，表示有其他进程正在运行，该进程就需要排队进行等待。
P(semaphore s) 表示消费资源；V(semaphore s) 表示生产资源，这两个函数的代码见上图。
- 当生产者进程开始执行时，首先生产者进程通过
P(empty)先将 empty 减 1，表示消耗一个空闲位置资源，然后检查缓冲区中是否有空闲位置资源（即 empty 是否 <0），如果没有空闲位置资源（即 empty < 0），则该进程要进入empty等待队列等待被唤醒，如果有空闲位置资源（即 empty >=0）， - 则该进程通过
P(mutex)先将 mutex 减1，然后检查是否有进程正在执行（即 mutex 是否 <0），如果有进程正在执行（即 mutex < 0），则该进程要进入mutex等待队列等待被唤醒，反之该进程继续向下运行，读入 in，将 item 写入到 in 的位置上， - 等到该进程执行完写操作后，通过
V(mutex)先将 mutex 加1，然后检查 mutex 是否 <= 0（即是否有进程在mutex 等待队列），如果是，则唤醒mutex等待队列中的第一个进程，如果 mutex > 0（即 mutex = 1，表示别的进程此时能够执行而不受阻了），则继续向下执行， - 通过
V(full)先将 full 加1，然后检查 full 是否 <=0（即是否有*消费者进程*在full等待队列），如果是，则唤醒full等待队列中的第一个消费者进程。如果 full > 0，则表示只是让缓冲区中的资源位置的个数加1，并不涉及唤醒full等待队列的操作（此时full等待队列应该为空）。
消费者进程同理。
注意：进程从哪里睡眠（即进入等待队列）就要从哪里被唤醒继续向下运行。
由于信号量 semaphore 包含 PCB 和多个进程共用的 value，所以信号量应该保存在内核里。
★★★信号量最重要的两张图就是 L16-6 和 L16-7 两张图，其中
- P(semaphore s) 函数用于消费资源，来决定该进程是否进入等待队列的； （不管三七二十一，先消费一个资源再说）
- V(semaphore s) 函数用于生产资源，来决定是否从等待队列中唤醒别的进程的。