2017 Operating Systems 作業系統實習 助教：陳主恩、林欣穎 實驗室：720A Lab9 1
samaphore範例 samaphore 介紹 實作 目錄 Contents Beaglebone Beaglebone 2
1-1 semaphore 介紹 信號(semaphore) Semaphore是一個variable (變數)或是abstract data type (抽象資料型別)，提供平行運算環境中，控制多個process (程序)或thread(執行緒)存取共享資源的能力，Semaphore可以用於紀錄某一特定資源剩下多少數目可使用；process或thread透過semaphore可以安全的使用共享資源，若特定資源已使用完時，會需要等待資源被釋放。雖然semaphore在防止deadlock或race condition方面是一個很有用的工具，但是程式使用semaphore運作上並無法保證一定不會遇到這些問題。 Ex: 類似圖書館的研究室使用，假設有10間研究室(SEM_VALUE_MAX=10)，若學生要使用研究室便需要向櫃檯申請，櫃檯會記錄有多少間研究室使用中，若10間研究室都被申請使用後，且仍有學生要申請使用，該學生必須等待有其他學生離開，空出研究室後，才能進入使用，該櫃檯就扮演semaphore的角色。 3
1-2 semaphore 介紹 信號(semaphore) Semaphore包含兩種: binary semaphore(二進位信號) binary semaphore值只能是0或1，在邏輯上相當於一個mutex(互斥鎖)。mutex使用上與binary semaphore具有相同功能，但是，mutex主要設計是防止兩個process同時間執行相同的一段code或存取同一資料，而binary semaphore設計上則是限制同時間存取同一資源；很多應用上mutex具有owner(擁有者)的概念，只有鎖住mutex的process，才具有解鎖的權限；相對的，semaphore並無此限制 counting semaphore(計數信號) counting semaphore值依據semaphore.h的SEM_VALUE_MAX (semvmx)定義。也有作業系統稱作general semaphore。 4
2-1 Semaphore範例 函式宣告： 標頭檔： #include <semaphore.h> int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int val); 第一個參數為semaphore的位址，第二個參數為設定semaphore是否可讓不同process使用，第三個參數為semaphore初始值。 說明： 一個semaphore並非被單一thread所擁有，亦即一個thread對semaphore執行sem_wait()時，另一thread可以執行sem_post()。但是作業系統在實作時，同一時間點僅能執行其中一個指令，以維持semaphore的一致性。 int sem_wait(sem_t *sem); 減少semaphore值(減1) int sem_post(sem_t *sem); 增加semaphore值(加1) 傳回值： int sem_destory(sem_t *sem); 銷毀semaphore Semaphore動作執行成功會回傳0，失敗會回傳 -1 http://www.syscom.com.tw/ePaper_Content_EPArticledetail.aspx?id=213&EPID=176&j=5&HeaderName=%E6%8A%80%E8%A1%93%E5%88%86%E4%BA%AB 5
Semaphore 範例 2-2 Semaphore 程式碼 gcc test1.c –lpthread –o test1 6
2-2 Semaphore 範例 Semaphore 程式碼 sem_t empty:信號量empty控制盤子可放水果數，初始為3，因為開始盤子為空可放水果數為3。 sem_t apple ;信號量apple控制兒子可吃的蘋果數，初始為0，因為開始盤子裡沒蘋果。 3.sem_t orange;信號量orange控製女兒可吃的橙子是，初始為0，因為開始盤子裡沒橙子。 7
實作課本第六章的project1和project3，並抽問問題 (使用附件程式) 完成test2.c生產者與消費者的程式碼，並執行編譯 8
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