现代操作系统-进程间通信

如何避免竞争条件：

1.任何两个进程不能同时处于其临界区

2.不应对CPU的速度和数量做任何假设

3.临界区外运行的进程不得阻塞其他进程

4.不得使进程无限期等待进入临界区

生产者-消费者问题：

两个进程共享一个公共的固定大小的缓冲区，其中一个是生产者，将信息放入缓冲区，另一个是消费者，从缓冲区中取出信息。

问题在于当缓冲区已满，而生产者还想放入一个新的数据，解决方法是让生产者休眠，直到消费者取出一个时唤醒。反之亦然，当消费者试图从缓冲区取数据而缓冲区为0时，消费者休眠。

该方法存在竞争条件的问题，如果缓冲区最多存放N个数据，则生产者首先判断是否为N，若是，则生产者休眠，否则生产者生成一个数据放入缓冲区。消费者类似。

因此会出现竞争条件，对于数据的访问未加限制，有可能出现以下情况：缓冲区为0，消费者刚刚读取为0，因此暂停消费者并启动生产者，加入数据，变为1，生产者认为由于缓冲区为0，消费者一定处于睡眠，会调用weak up来唤醒消费者。但消费者实际上未处于睡眠，weak up信号丢失，当消费者下次运行时，将测试先前读到的数据发现为0，于是睡眠，生产者迟早会填满整个缓冲区然后睡眠，因此两个进程都将永远睡眠下去。

问题的实质在于发给一个未睡眠进程的weakup信号丢失，若没有丢失，则一切正常。一种快速的方法是加上一个唤醒等待位，若一个wakeup信号发送给一个清醒的进程信号时，将该位置1，随后当进程要休眠时，若唤醒等待位为1，则将该位清除，而该进程仍保持清醒。

但是若有更多进程，一个唤醒等待位就不够了，那么可以加入多个等待位，但这并没有从根本上解决问题。

根本上解决生产者消费者问题的方法是引用信号量

信号量的取值可以为0（表示没有保存下来的唤醒操作），也可以为正值（表示多个唤醒操作）。

信号量有两种操作，down（P）和up（V），分别为一般化后的sleep和wakeup，对一信号量执行down操作，则是检查其值是否大于0，若大于0，则减1，用掉一个保存的唤醒信号，若该值为0，则进程将睡眠。up操作是对信号量的值增1。

也就是说，信号量是提供了多个进程对于一个共享数据的访问保护，使进程按照顺序排队访问。

如果不需要信号量的计数能力，也可以使用简化版本，互斥量。