二元信号量或互斥锁

引言

作为同步机制，二元信号量的整数值介于 0 和 1 之间。因此，这种信号量为关键区域提供了一个单一的访问点。这意味着关键组件一次只能由一个人访问。在本文中，我们将更详细地探讨操作系统中的二元信号量。

什么是操作系统二元信号量？

这些信号量变量的值为 0 或 1。每当进程请求资源时，wait() 函数就会被调用，将信号量的初始值从 1 更改为 0。当进程完成资源使用后调用 signal() 方法时，此信号量变量的值会增加到 1。当另一个进程希望访问同一资源且此时此信号量变量的结果为零时，它需要等待初始进程停止使用该资源。此方法可用于同步进程。

二元信号量的示例

以下是一个流程图，说明了实体访问由二元信号量控制的关键区域的正常过程。

二元信号量不仅同步对重要组件的访问，还实现了互斥。因此，可以防止关键区域中的竞态情况。尽管二元信号量提供互斥，但重要的是要记住它们与互斥锁不同。互斥锁是锁定机制，而信号量根据定义是信号系统。

互斥锁以这种方式实现互斥，允许访问重要的代码区域。二元信号量的目标是同步对关键组件的访问。因此，互斥锁的主要目标是互斥。因此，它是二元信号量同步架构的结果。

一般来说，当实体可用时，互斥锁有效地限制了关键区域。因此，即使没有实体，信号量也能够使关键区域不可访问。例如，当外部先决条件需要满足才能使实体进入关键区域时，可能会发生这种情况。

二元信号量的利用和实现

在计数信号量中，由于我们有需要同时在临界区执行的进程集，因此未提供互斥。

然而，二元信号量严格提供互斥。在这里，临界区中最多只能有一个进程，而不是有多个可用槽位。信号量只能有两个值，0 或 1。

让我们看看二元信号量的编程实现。

二元信号量的特点

1. 当整数值介于 0 和 1 之间时，称为二元信号量。
2. 它只是一个只有两种可能性的锁：0 和 1。其中 1 表示空闲，0 表示忙碌。
3. 二元信号量的概念是，它通过允许一次只有一个进程进入临界区来使用共享资源。
4. 当值为 0 时，函数或线程将在临界区中。由于它正在使用共享资源，其他线程或进程应该等待它完成。相反，当没有进程使用共享资源时，临界区是空闲的。
5. 通过确保在同一时间没有两个函数在临界区中，它保证了相互排斥。
6. 由于它只是一个保存整数值的变量，因此它不能保证有界等待。如果一个进程无法管理进入临界区的机会，它可能会饿死。我们不希望这种情况发生。

二元信号量的优点

1. 当使用信号量时，只有一个过程可以进入关键部分。此过程的另一个名称是互斥原则。
2. 信号量通常独立于机器，因此可以随时随地运行。

二元信号量的缺点

1. 大量的信号 (V) 和等待 (P) 操作会导致执行滞后和性能下降。
2. 它不总是满足进度、有界等待和互斥的要求。

常见问题

1. 什么是操作系统二元信号量？

作为同步设备，二元信号量的整数值介于 0 和 1 之间。这种信号量为关键区域提供了一个单一的访问点，只有一个人可以即时访问它。

2. 二元信号量有什么用途？

当需要互斥时，使用二元信号量。只允许一种方法通过进入临界区一次访问共享资产。

3. 二元信号量有什么特点？

当整数值介于 0 和 1 之间时，称为二元信号量。一次只允许一个过程进入临界区。通过确保没有两个进程同时在临界区中，可以保证相互排斥。

4. 二元信号量有什么好处？

二元信号量的主要优点是互斥执行，它只允许一个进程进入临界区。这些信号量可以在任何地方、任何时间执行。

5. 二元信号量有什么缺点？

二元信号量的缺点是互斥执行、有界等待、进度以及操作 P 和操作 V 的执行缓慢。