为了更好的解决同步和互斥的问题，操作系统中引入了信号量机制，通过软件的办法来解决同步和互斥的问题，信号量被引入后，不止应用于同步和互斥，还有前驱图，生产者消费者模型，读者写者模型，这篇文章就讲解一下信号量和信号量的五个应用。

利用软件实现，就需要引入信号量的概念，信号量是对资源可用情况的抽象，是一个结构体

解释一下结构体中成员变量的含义：

value：value表示资源的可用数目，>0表示资源可用数目，=0表示资源刚好用完，= 0，说明本次请求资源是成功的s.value < 0,说明系统没有可用资源，调用block原语阻塞进程，并将pcb挂在L后排队等待资源

V操作表示释放一个单位的资源，释放时s.value++,加完后分2种情况

一起来看看如何利用pv来解决五种应用问题

  设有进程p1，p2互斥访问缓冲池B，两个进程都从B中取值，那么如何通过信号量保证互斥访问呢？

  在取值操作前加p操作，也就是申请一个资源，在取值操作后加v操作，释放刚才申请的资源，所以这里我们就设互斥信号量mx，mx的初值是1，代表互斥访问的进程占用资源的情况，mx只有一个资源，要么p1申请到，要么p2申请到，这样就解决了互斥的问题。

  通过这个例子我们也可以知道互斥信号量的初值一般都为1，最大值是1，也就代表只有一个资源。在加pv操作的时候，在需要互斥的操作前加p操作，在需要互斥的操作后加v操作

  假设现在有两个进程，分别是计算进程和打印进程，计算进程计算出一个数值，放入到缓冲区，打印进程从缓冲区中取出一个数值，然后进行打印，缓冲池中最多只能存放一个数值。用信号量来描述该过程

  通过上面的分析，这是一个同步关系的例子，先分析同步关系，只有当计算进程计算出数值放入到缓冲区后，打印进程才能进行打印。而只有当打印进程从缓冲池中取出了一个数值进行打印后，缓冲池才有空间让计算进程继续放入。所以这里面有两重同步关系，设打印进程为Pp，计算进程为Pc，那么可以根据上面的分析得出：

当缓冲池为空时，同步关系为：Pc -> Pp，设该同步信号量为 full 当缓冲池为满时，同步关系为：Pp -> Pc，设该同步信号量为 empty

  full和empty的初值含义为：条件执行的进程的可执行条件，刚开始缓冲池为空，打印进程不能进行打印，所以Pp的可执行条件是0，即 full初=0，但是刚开始的时候计算进程是可以进行计算的，所以Pc的可执行条件是1，即 empty初=1

  在分析清楚了同步关系后，就可以很清楚的知道哪一步释放的资源是哪一步的执行条件了，在箭尾后加v操作，在箭头前加p操作，也就是这样

通过图直观的看一下：

  这时，或许有些人会问：那计算进程和打印进程同时访问缓冲区，那么是不是有一层互斥关系呢？为什么不需要描述？

  计算进程和打印进程确实是同时访问了缓冲区，所以肯定是存在互斥关系的，但是由于缓冲区的大小只有1个，从同步关系可以得出每次只有一个进程在访问缓冲区，同步关系就保证了互斥关系，所以不需要再加上互斥关系了。如果缓冲区的大小不是1，而是10，那么同时就有可能有多个计算进程和打印进程访问缓冲区，这个时候就需要加上互斥关系。

给出这样一个前驱图，使用信号量进行描述 描述前驱图时，对于每两个节点之间的箭头都设置一个信号量，比如说s1到s2之间的箭头，在s1后面加v操作，在s2前面加p操作，同理描述其他箭头。

给出最终版的描述图片 首先需要设置信号量，信号量如果在s1和s2之间，则设置为s12，以此类推

  上面的计算打印进程就是简单的生产者消费者模型，还是举上面同步的那个例子，现在计算进程就是生产者，打印进程就是消费者，但是条件不同的是缓冲池的容量现在不为1，而是10，那么该如何描述这个关系

  在上面其实也已经强调过，当缓冲池的容量变为10，也就是不为1的时候，就需要考虑互斥关系

    同样先设置互斥信号量为mx，同步关系和上面相同     当缓冲池为空时，同步关系为：Pc -> Pp，设该同步信号量为 full=0     当缓冲池为满时，同步关系为：Pp -> Pc，设该同步信号量为 empty=10

描述流程图：

  读者即读取临界资源，而写者则是修改临界资源，当写者写完后，多个读者可以同时读取该资源，写者修改资源的时候读者不能读取资源，否则会出现错误，也不能有两个写者同时修改资源，所以写者与其他进程有互斥关系，设该互斥信号量为wmx。   当读者读资源的时候，是不是都要去获取互斥信号量wmx呢？答案是否定的，只有第一个读者在进行读取的时候，该读者是需要判断是否有写者在修改资源，也就是需要拿到wmx，后续的读者就不再需要获取锁了，所以我们设Rc表示当前正在读的进程数量，每有一个读者加入，则Rc++，退出时，Rc- -。当最后一个读者退出时，需要释放锁wmx。   最后还存在一个问题就是，Rc表示当前正在读的进程数量，那么多个读者同时去修改Rc变量，这也是一个互斥关系，所以，所有的读者互斥访问Rc变量

所以总结分析为两点： 写者不可以和任何进程同时进行 读者互斥访问Rc变量

通过上面的分析，设出信号量 设写者不可以与其他进行同时访问临界资源，该互斥关系为wmx 设读者之间互斥的访问Rc变量，该互斥关系为rmx

画出读者写者的流程图：