【Linux】详解进程通信中信号量的本质&&同步和互斥的概念&&临界资源和临界区的概念

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【Linux】详解进程通信中信号量的本质&&同步和互斥的概念&&临界资源和临界区的概念。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、同步和互斥的概念

1.1、同步

        访问资源在安全的前提下,具有一定的顺序性,就叫做同步。在多道程序系统中,由于资源有限,进程或线程之间可能产生冲突。同步机制就是为了解决这些冲突,保证进程或线程之间能够按照既定的顺序访问共享资源。同步机制有助于避免竞态条件和死锁(deadlock)等问题,确保系统的稳定性和可靠性。

1.2、互斥

        在访问一部分共享资源的时候,任何时刻只有我一个人访问,就叫做互斥。当某一进程或线程正在访问某临界区(即共享资源)时,就不允许其他进程或线程进入,这样可以避免数据冲突和不一致。互斥机制有助于保证同一时间只有一个线程或进程能够访问被保护的临界区,从而确保数据的一致性和完整性。

二、临界资源和临界区的概念

2.1、临界资源

        被保护起来的,任何时刻只允许一个执行访问的公共资源就叫做临界资源。这类资源在某一时刻只能有一个进程或线程占用,如果多个进程或线程试图同时访问临界资源,可能会引发数据冲突或不一致。物理设备如打印机、输入机等都属于临界资源。

2.2、临界区

访问临界资源的代码,我们叫做临界区。临界区的访问需要遵循一定的调度原则,如空闲让进、忙则等待等,以确保资源的正确和高效利用。所谓的保护公共资源(临界资源)的本质就是程序员保护临界区

三、认识信号量

3.1、信号量的本质

        信号量本质是一个计数器,是一个描述临界资源数量的计数器。进程要访问临界资源的时候,必须先申请信号量,申请信号量成功了才能继续往下走,否则就要进行阻塞或挂起等待。信号量的值表示了可用资源的数量或等待访问该资源的进程/线程数。当进程或线程需要访问共享资源时,会先检查信号量的值。如果信号量的值大于0,表示还有可用的资源,进程或线程可以继续执行并访问资源,同时信号量的值会减1。如果信号量的值为0,表示所有资源都已被占用,进程或线程需要等待,直到有其他进程或线程释放资源并将信号量的值增加。访问完临界资源进程要释放信号量,即信号量加1。当信号量的初始值为1时,就实现了互斥的功能

3.2、普通的整形变量无法实现信号量的效果

原因有两个:

  1. 信号量本身就是共享资源,本身就是要被多个进程或线程共同可以看到的,但是一个普通整形变量无法同时被多个进程看到,就算是父子进程,当要改变进程数据时都要发生写时拷贝,因此无法让多个进程看到同一个变量。
  2. 对整形变量做++和--操作,这个操作不是原子的。

这里又设计一个概念叫原子性。

3.3、原子性的概念

        在操作系统中,原子性是指一个操作或一系列操作是不可中断的,要么全部执行成功,要么全部不执行,中间不能被其他进程或线程干扰。换句话说,原子操作是不可分割的,具有“同生共死”的特性,即要么完全执行,要么完全不执行,没有中间状态。上面的对一个整形做++或--操作实际上是先将内存中的一个整形变量的值先拷贝到CPU的寄存器中,在寄存器中对该变量做++操作然后再将该变量拷贝会内存当中,我们也可以看到,这中间其实经历了三个过程,换句话说,++或--操作不具备原子性。原子性在并发编程中尤为重要,特别是在共享资源的读写操作中。当多个线程或进程同时访问和修改共享资源时,如果操作不是原子的,就可能导致数据不一致的问题。原子性确保了即使在多线程环境下,一个操作一旦开始就不会被其他线程干扰,从而保证了数据的一致性

3.4、信号量操作的接口

3.4.1、获取信号量

【Linux】详解进程通信中信号量的本质&&同步和互斥的概念&&临界资源和临界区的概念,linux,后端,信息与通信,服务器

        key就类似于共享内存中使用ftok函数产生的key,nsems表示要产生几个信号量,semflg表示如何创建,与共享内存的第三个参数同理,可参考本人上一篇博客,返回值为该信号量集标识符,这是通过semget函数创建或获取信号量集时返回的IPC标识符。

3.4.2、控制/删除信号量

【Linux】详解进程通信中信号量的本质&&同步和互斥的概念&&临界资源和临界区的概念,linux,后端,信息与通信,服务器 

        semid表示该信号量集标识符。semnum表示信号量的编号,用于指定信号量集中的某个特定的信号量,第一个信号量的编号是0。cmd表示需要执行的命令,IPC_RMID为删除命令。

3.4.3、对信号量进行PV操作

【Linux】详解进程通信中信号量的本质&&同步和互斥的概念&&临界资源和临界区的概念,linux,后端,信息与通信,服务器

        sops指向存储信号操作结构的数组指针。在这个数组中的每个sembuf结构体对应一个特定信号的操作。 这是sops数组中sembuf结构的数量。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-857825.html

到了这里,关于【Linux】详解进程通信中信号量的本质&&同步和互斥的概念&&临界资源和临界区的概念的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • 【Linux】进程间通信——System V信号量

    目录 写在前面的话 一些概念的理解 信号量的引入 信号量的概念及使用            System V信号量是一种较低级的IPC机制 ,使用的时候需要手动进行操作和同步。在现代操作系统中,更常用的是 POSIX信号量 (通过 sem_* 系列的函数进行操作)或更高级的同步原语(如互斥锁

    2024年02月11日
    浏览(47)
  • 【Linux】进程间通信之共享内存/消息队列/信号量

    共享内存是通过让不同的进程看到同一个内存块的方式。 我们知道,每一个进程都会有对应的PCB-task_struct ,独立的进程地址空间,然后通过页表将地址映射到物理内存中。此时我们就可以让OS在内存中申请一块空间,然后将创建好的内存空间映射到进程的地址空间中,两个需

    2024年02月05日
    浏览(48)
  • 【Linux】进程间通信 --- 管道 共享内存 消息队列 信号量

    等明年国庆去西藏洗涤灵魂,laozi不伺候这无聊的生活了 1. 通过之前的学习我们知道,每个进程都有自己独立的内核数据结构,例如PCB,页表,物理内存块,mm_struct,所以具有独立性的进程之间如果想要通信的话,成本一定是不低的。 2. a.数据传输:一个进程需要将它的数据

    2023年04月17日
    浏览(49)
  • 【Linux】进程间通信——system V共享内存 | 消息队列 | 信号量

    共享内存是一种在多个进程之间进行进程间通信的机制。它允许多个进程访问相同的物理内存区域,从而实现高效的数据交换和通信。 因为 进程具有独立性(隔离性) ,内核数据结构包括对应的代码、数据与页表都是独立的。OS系统为了让进程间进行通信,必须让不同的进

    2024年02月15日
    浏览(52)
  • Linux之进程间通信——system V(共享内存、消息队列、信号量等)

    本文介绍了另一种进程间通信——system V,主要介绍了共享内存,消息队列、信号量,当然消息队列了信号量并非重点,简单了解即可。 共享内存 :不同的进程为了进行通信看到的同一个内存块,该内存块被称为共享内存。 进程具有独立性,它的内核数据结构包括对应的代

    2024年02月08日
    浏览(60)
  • 二、操作系统进程管理(10)——用信号量机制实现进程互斥、同步、前驱关系

        (1)分析并发进程的关键活动,划定临界区。(如对临界区资源打印机的访问就应放在临界区)     (2)设置互斥信号量mutex,初值为1。     (3)在临界区之前执行P(mutex)。      //即使用资源前先申请(P操作)     (4)在临界区之后执行V(mutex)。     (5)对不

    2023年04月08日
    浏览(42)
  • 【Linux C | 多线程编程】线程同步 | 信号量(无名信号量) 及其使用例子

    😁博客主页😁:🚀https://blog.csdn.net/wkd_007🚀 🤑博客内容🤑:🍭嵌入式开发、Linux、C语言、C++、数据结构、音视频🍭 🤣本文内容🤣:🍭介绍 🍭 😎金句分享😎:🍭你不能选择最好的,但最好的会来选择你——泰戈尔🍭 ⏰发布时间⏰: 本文未经允许,不得转发!!!

    2024年04月26日
    浏览(38)
  • 【linux】进行间通信——共享内存+消息队列+信号量

    进程间通信方式目前我们已经学了匿名管道,命名管道。让两个独立的进程通信,前提是看到同一份资源。匿名管道适用于血缘关系的进程,一个打开写端一个打开读端实现的。命名管道适用于完全独立的进程,打开同一份文件实现的。 接下来我们看看剩下的实现进程间通信

    2024年02月05日
    浏览(47)
  • 一文搞定Linux线程间通讯 / 线程同步方式-互斥锁、读写锁、自旋锁、信号量、条件变量、信号等等

    目录 线程间通讯 / 线程同步方式 锁机制 互斥锁(Mutex) 读写锁(rwlock) 自旋锁(spin) 信号量机制(Semaphore) 条件变量机制 信号(Signal) 线程间通讯 / 线程同步方式 p.s 以下有很多段落是直接引用,没有使用 markdown 的 “引用” 格式,出处均已放出。 参考 / 引用: 100as

    2024年02月10日
    浏览(43)
  • 【Linux从入门到精通】信号量(信号量的原理与相关操作接口)详解

      本篇文章重点对 信号量的概念,信号量的申请、初始化、释放、销毁等操作进行讲解。同时举例把信号量应用到生产者消费者模型来理解 。希望本篇文章会对你有所帮助。 目录 一、信号量概念 1、1 什么是信号量 1、2 为什么要有信号量 1、3 信号量的PV操作 二、信号量的相

    2024年02月08日
    浏览(47)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包