（计算机操作系统）wait操作和signal操作什么意思？

规定在拿到左侧的筷子后，先检查右面的筷子是否可用。如果不可用，则先放下左侧筷子， 等一段时间再重复整个过程。 分析：当出现以下情形，在某一个瞬间，所有的哲学家都同时启动这个算法，拿起左侧的筷 子，而看到右侧筷子不可用，又都放下左侧筷子，等一会儿，又同时拿起左侧筷子……如此 这样永远重复下去。对于这种情况，所有的程序都在运行，但却无法取得进展，即出现饥饿， 所有的哲学家都吃不上饭。 (2) 描述一种没有人饿死（永远拿不到筷子）算法。 考虑了四种实现的方式（A、B、C、D）： A．原理：至多只允许四个哲学家同时进餐,以保证至少有一个哲学家能够进餐,最终总会释 放出他所使用过的两支筷子,从而可使更多的哲学家进餐。以下将room 作为信号量，只允 许4 个哲学家同时进入餐厅就餐，这样就能保证至少有一个哲学家可以就餐，而申请进入 餐厅的哲学家进入room 的等待队列，根据FIFO 的原则，总会进入到餐厅就餐，因此不会 出现饿死和死锁的现象。 伪码： semaphore chopstick[5]=semaphore room=4void philosopher(int i) } B．原理：仅当哲学家的左右两支筷子都可用时,才允许他拿起筷子进餐。 方法1：利用AND 型信号量机制实现：根据课程讲述，在一个原语中，将一段代码同时需 要的多个临界资源，要么全部分配给它，要么一个都不分配，因此不会出现死锁的情形。当 某些资源不够时阻塞调用进程由于等待队列的存在，使得对资源的请求满足FIFO 的要求， 因此不会出现饥饿的情形。 伪码： semaphore chopstick[5]=void philosopher(int I) } 方法2：利用信号量的保护机制实现。通过信号量mutex对eat（）之前的取左侧和右侧筷 子的操作进行保护，使之成为一个原子操作，这样可以防止死锁的出现。 伪码： semaphore mutex = 1 semaphore chopstick[5]=void philosopher(int I) }

三种专门用于线程同步的机制:POSIX信号量,互斥量和条件变量.

在Linux上信号量API有两组,一组是System V IPC信号量,即PV操作,另外就是POSIX信号量,POSIX信号量的名字都是以sem_开头.

phshared参数指定信号量的类型,若其值为0,就表示这个信号量是当前进程的局部信号量,否则该信号量可以在多个进程之间共享.value值指定信号量的初始值,一般与下面的sem_wait函数相对应.

其中比较重要的函数sem_wait函数会以原子操作的方式将信号量的值减一,如果信号量的值为零,则sem_wait将会阻塞,信号量的值可以在sem_init函数中的value初始化sem_trywait函数是sem_wait的非阻塞版本sem_post函数将以原子的操作对信号量加一,当信号量的值大于0时,其他正在调用sem_wait等待信号量的线程将被唤醒.

这些函数成功时返回0,失败则返回-1并设置errno.

生产者消费者模型:

生产者对应一个信号量:sem_t producer

消费者对应一个信号量:sem_t customer

sem_init(&producer,2)----生产者拥有资源,可以工作

sem_init(&customer,0)----消费者没有资源,阻塞

在访问公共资源前对互斥量设置（加锁），确保同一时间只有一个线程访问数据，在访问完成后再释放（解锁）互斥量.

互斥锁的运行方式:串行访问共享资源

信号量的运行方式:并行访问共享资源

互斥量用pthread_mutex_t数据类型表示，在使用互斥量之前，必须使用pthread_mutex_init函数对它进行初始化，注意，使用完毕后需调用pthread_mutex_destroy.

pthread_mutex_init用于初始化互斥锁，mutexattr用于指定互斥锁的属性，若为NULL，则表示默认属性。除了用这个函数初始化互斥所外，还可以用如下方式初始化：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER。

pthread_mutex_destroy用于销毁互斥锁，以释放占用的内核资源，销毁一个已经加锁的互斥锁将导致不可预期的后果。

pthread_mutex_lock以原子操作给一个互斥锁加锁。如果目标互斥锁已经被加锁，则pthread_mutex_lock则被阻塞，直到该互斥锁占有者把它给解锁.

pthread_mutex_trylock和pthread_mutex_lock类似，不过它始终立即返回，而不论被操作的互斥锁是否加锁，是pthread_mutex_lock的非阻塞版本.当目标互斥锁未被加锁时，pthread_mutex_trylock进行加锁操作；否则将返回EBUSY错误码。注意：这里讨论的pthread_mutex_lock和pthread_mutex_trylock是针对普通锁而言的，对于其他类型的锁，这两个加锁函数会有不同的行为.

pthread_mutex_unlock以原子操作方式给一个互斥锁进行解锁操作。如果此时有其他线程正在等待这个互斥锁，则这些线程中的一个将获得它.

三个打印机轮流打印:

输出结果:

如果说互斥锁是用于同步线程对共享数据的访问的话,那么条件变量就是用于在线程之间同步共享数据的值.条件变量提供了一种线程之间通信的机制:当某个共享数据达到某个值时,唤醒等待这个共享数据的线程.

条件变量会在条件不满足的情况下阻塞线程.且条件变量和互斥量一起使用，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生.

其中pthread_cond_broadcast函数以广播的形式唤醒所有等待目标条件变量的线程,pthread_cond_signal函数用于唤醒一个等待目标条件变量线程.但有时候我们可能需要唤醒一个固定的线程,可以通过间接的方法实现:定义一个能够唯一标识目标线程的全局变量,在唤醒等待条件变量的线程前先设置该变量为目标线程,然后采用广播的方式唤醒所有等待的线程,这些线程被唤醒之后都检查该变量以判断是否是自己.

采用条件变量+互斥锁实现生产者消费者模型:

运行结果:

阻塞队列+生产者消费者

运行结果:

sem_wait() 减小(锁定)由sem指定的信号量的值.如果信号量的值比0大,那么进行减一的操作,函数立即返回.如果信号量当前为0值,那么调用就会一直阻塞直到或者是信号量变得可以进行减一的操作(例如,信号量的值比0大),或者是信号处理程序中断调用

sem_trywait() 和 sem_wait()是一样的,除了如果不能够对信号量立即进行减一,那么sem_trywait()就会返回一个错误(错误号是AGAIN)而不是锁定.sem_timedwait() 和 sem_wait()是一样的,除了如果减一操作不能立即执行的话,abs_timeout 指定了调用应该被阻塞的时间限制.abs_timeout 参数指向了一个结构体指定了由秒和纳秒组成的绝对的超时值:从1970-01-01 00:00:00 +0000纪元开始的UTC,结构体的定义如下:struct timespec {time_t tv_sec/* Seconds */long tv_nsec/* Nanoseconds [0 .. 999999999] */}如果超时值已经超过了调用规定的值,那么信号量不能被立即锁定,之后sem_timedwait() 为超时失败(error设置为ETIMEDOUT).

如果操作立即生效,那么sem_timedwait() 永远不会返回超时的错误,不管abs_timeout的值.更进一步的是,在这种情况下abs_timeout值的有效性都不会检查. EINTR The call was interrupted by a signal handlersee signal(7).//调用被信号处理中断

EINVAL sem is not a valid semaphore.//sem不是有效的信号量

The following additional error can occur for sem_trywait()://下面的错误是sem_trywait()可能发生的:

EAGAIN The operation could not be performed without blocking (i.e., thesemaphore currently has the value zero).//除了锁定无法进行别的操作(如信号量当前是0值).

The following additional errors can occur for sem_timedwait()://下面的错误是sem_timedwait()可能发生的:

EINVAL The value of abs_timeout.tv_nsecs is less than 0, or greater than orequal to 1000 million.//abs_timeout.tv_nsecs 的值比0小或者大于等于1000毫秒(译者注:纳秒的值不能比0小,不能比1秒大)

ETIMEDOUTThe call timed out before the semaphore could be locked.//在信号量锁定之前就超时了 对这些函数,信号处理程序总是会中断阻塞,不管是否使用了sigaction(2)的SA_RESTART标志位.

---