9 信号量和管程

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• 信号量
• 管程

信号量

1. 锁的不足

   • 多线程同时执行访问临界区
   • 互斥和条件同步

2. 含义

   • 包含一个信号量sem(semaphore，有符号整数) 和两个原子操作：P操作和V操作
     
   • sem变量受保护。初始化后，改变信号量的唯一方法是P()和V()。两个操作必须是原子的
   • P()能够阻塞，V()不会阻塞
   • 假定信号量是公平的：实践中，通常使用FIFO，利用队列决定唤醒哪个进程 ⇒ 上一章的Spinlock是FIFO类型吗？

3. 用途

   • 互斥
   • 条件同步（调度约束 —— 一个进程等待另一个进程的事件发生）

4. 两种类型信号量

   • 二进制信号量：0或1 ⇒ 模拟lock操作

     • 模拟lock操作

       mutex = new Semaphore(1); //sem初值置1
       ...
       mutex->P();
           ...
       Critical Section;
           ...
       mutex->V();
       

     • 实现简单的调度/同步约束（线程A的P()后面的代码需等待线程B执行到V()后才继续执行）

       

   • 一般/计数信号量：可取任何非负值

     • 解决复杂的调度/同步问题

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5. 信号量的实现

   class Semaphore{
       int sem;
       waitQueue q;
   }
   Semaphore::P(){ //该原子操作的语义
       sem--;
       if(sem < 0){
           Add this thread t to q;
           block(t);
       }
   }
   Semaphore::V(){ //该原子操作的语义
       sem++;
       if(sem <= 0){
           Remove a thread t from q;
           wakeup(t);
       }
   }
   

6. 不足

   • 读/开发代码比较困难
     • 程序员必须非常精通信号量
   • 容易出错
     • 使用的信号量被另一个线程占用
     • 忘记释放信号量
   • 不能解决死锁问题

管程

1. 抽象程度比信号量更高。处于语言层面
2. 目的：分离互斥和条件同步的关注