竞争条件、临界区和信号量

竞争条件、临界区和信号量是操作系统的关键部分。关于这些的详细信息如下所示：

竞争条件

竞争条件是在临界区内可能发生的一种情况。当在临界区中多个线程执行的结果根据线程执行的顺序而不同时，就会发生这种情况。

如果将临界区视为原子指令，则可以避免临界区中的竞争条件。此外，使用锁或原子变量进行适当的线程同步可以防止竞争条件。

临界区

代码段中的临界区，其中可以访问共享变量。临界区需要原子操作，即一次只能有一个进程在其临界区中执行。所有其他进程都必须等待才能在其临界区中执行。

临界区如下所示

do{
   Entry Section
   Critical Section
   Exit Section
   Remainder Section
} while (TRUE);

在上图中，入口段处理进入临界区的操作。它获取进程执行所需的资源。退出段处理退出临界区的操作。它释放资源，并通知其他进程临界区已释放。

临界区问题需要一个解决方案来同步不同的进程。临界区问题的解决方案必须满足以下条件：

  • 互斥

    互斥意味着在任何时间只能有一个进程在临界区内。如果任何其他进程需要临界区，则它们必须等待直到它可用。

  • 进展

    进展意味着如果一个进程未使用临界区，则它不应阻止任何其他进程访问它。换句话说，如果临界区可用，任何进程都可以进入临界区。

  • 有界等待

    有界等待意味着每个进程都必须具有有限的等待时间。它不应无限期地等待访问临界区。

信号量

信号量是一种信号机制，等待信号量的线程可以由另一个线程发出信号。这与互斥体不同，因为互斥体只能由调用 wait 函数的线程发出信号。

信号量使用两个原子操作（wait 和 signal）进行进程同步。

如果 wait 操作的参数 S 为正，则它会递减 S 的值。如果 S 为负或零，则不执行任何操作。

wait(S){
   while (S<=0);
   S--;
}

signal 操作会递增其参数 S 的值。

signal(S){
   S++;
}

更新于： 2023年11月7日

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