面试题：进程管理之信号量基础应用

信号量在进程同步与互斥中的基本原理

信号量（Semaphore）是一个整型变量，它通过一个计数器来控制对共享资源的访问。其基本原理如下：

互斥：当信号量的初始值设为1时，它可以用于实现互斥。此时信号量起到一个二元信号量（即0或1）的作用。进程在进入临界区（共享资源访问区域）前，先尝试获取信号量（将计数器减1），如果计数器值变为0，表示获取成功，可以进入临界区；若为负数（因为初始值为1，这里实际只能是 -1），表示已有其他进程占用，当前进程需等待。当进程离开临界区时，释放信号量（将计数器加1）。
同步：信号量初始值可设为其他正整数，用于表示可用资源的数量。进程需要使用资源时，尝试获取信号量（计数器减1），若计数器值大于等于0，表示有可用资源，可继续执行；若小于0，表示资源不足，进程进入等待队列。当进程使用完资源后，释放信号量（计数器加1），唤醒等待队列中的进程。

使用信号量解决生产者 - 消费者问题

假设共享缓冲区大小为 n，我们需要使用三个信号量：

empty：表示缓冲区中的空闲槽位，初始值为 n。
full：表示缓冲区中的已占用槽位，初始值为 0。
mutex：用于互斥访问缓冲区，初始值为 1。

以下是用伪代码示例：

生产者进程：

while (true) {
    produce_item(); // 生产一个产品
    wait(empty);    // 等待缓冲区有空闲槽位
    wait(mutex);    // 进入临界区
    add_item_to_buffer(); // 将产品放入缓冲区
    signal(mutex);  // 离开临界区
    signal(full);   // 通知缓冲区有新数据
}

消费者进程：

while (true) {
    wait(full);     // 等待缓冲区有数据
    wait(mutex);    // 进入临界区
    remove_item_from_buffer(); // 从缓冲区取出产品
    signal(mutex);  // 离开临界区
    signal(empty);  // 通知缓冲区有空闲槽位
    consume_item(); // 消费产品
}

在上述代码中，生产者先等待 empty 信号量（表示缓冲区有空闲空间），获取后进入临界区将产品放入缓冲区，然后释放 mutex 信号量（离开临界区）并发送 full 信号量（表示缓冲区有新数据）。消费者则先等待 full 信号量（表示缓冲区有数据），获取后进入临界区取出产品，然后释放 mutex 信号量（离开临界区）并发送 empty 信号量（表示缓冲区有空闲空间）。这样通过信号量的协调，实现了生产者和消费者之间的同步与对共享缓冲区的互斥访问。

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面试题：进程管理之信号量基础应用

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面试题答案

信号量在进程同步与互斥中的基本原理

使用信号量解决生产者 - 消费者问题