信号量与多线程同步：例题解析与操作系统实践

本文档主要讨论了计算机操作系统中信号量的相关概念与应用，特别是通过实例来演示如何使用信号量机制解决并发控制问题。首先，解释了进程和线程之间的关系。线程是进程内的执行单元，它们共享进程的地址空间和资源，但处理机调度的基本单位是线程，线程间的同步至关重要。资源分配是以进程为单位的，例如进程的代码段、打开的文件和全局变量都是进程级别的，而线程的栈指针（Stack Pointer）属于线程私有的，不同线程之间不可共享。 接着，举例说明了信号量在单向公路桥交通控制中的应用。通过设置信号量S的初值为1，汽车进程Pi按照"到达桥头 -> P(s) -> 上桥行驶 -> 到达桥另一端 -> V(s)"的顺序进行操作，确保了桥上的资源互斥访问。 第二个例子涉及一个售票厅的容量限制，使用信号量S的初值为300来控制购票者进入。当售票厅未满时，购票者进程可以P(s)进入，购票后离开时V(s)释放资源。 第三个例子是文件打印问题的协作处理，有三个进程PA、PB、PC，每个进程负责不同的任务。为了协调这三个进程，使用了四个信号量：empty1和empty2表示缓冲区的状态，full1和full2用于记录缓冲区是否有可用记录。通过这些信号量的递增和递减操作，实现了缓冲区的正确读取、复制和打印。 总结来说，本文档重点介绍了信号量在并发控制中的关键作用，通过具体实例展示了如何通过设置适当的信号量初值和P、V操作来实现对共享资源的管理和线程间的同步，确保系统的正确性和并发性能。理解并掌握信号量的概念和使用是理解操作系统并发控制机制的重要基础。