主要内容
- 背景
- 信号量
- 信号量使用
- 信号量实现
- 管程
- 经典同步问题
内容回顾
1. 并发问题:竞争条件(竞态条件)
- 多程序并发存在大的问题
2. 同步
- 多线程共享公共数据的协调执行
- 包括互斥与条件同步
- 互斥:在同一时间只有一个线程可以执行临界区
3. 确保同步正确很难?
- 需要高层次的编程抽象（如:锁)
- 从底层硬件支持编译
4. 解决方案
信号量
抽象数据类型
- 一个整型(sem)，两个原子操作
- P(): sem减1，如果sem<0，等待，否则继续>
- V(): sem加1，如果sem<=0,唤醒一个等待的P
信号量类似铁路
信号量是整数
信号量是被保护的变量
- 初始化完成后，唯一改变一个信号量的值的办法是通过PO和VO
- 操作必须是原子
P()能够阻塞，V()不会阻塞
我们假定信号量是“公平的”
- 没有线程被阻塞在PO仍然堵塞如果VО被无限频繁调用(在同一个信号量)
- 在实践中，FIFO经常被使用
两种类型信号量
- 二进制信号量:可以是0或1
- 一般/计数信号量:可取任何非负值〉
- 两者相互表现(给定一个可以实现另一个)
信号量可以用在2个方面
- 互斥
- 条件同步(调度约束———个线程等待另一个线程的事情发生)
生产者消费者问题
- 一个或多个生产者产生数据将数据放在一个缓冲区里
- 单个消费者每次从缓冲区取出数据
- 在任何一个时间只有一个生产者或消费者可以访问该缓冲区
正确性要求
- 在任何一个时间只能有一个线程操作缓冲区(互斥)
- 当缓冲区为空，消费者必须等待生产者（调度/同步约束)
- 当缓存区满，生产者必须等待消费者（调度/同步约束)
每个约束用一个单独的信号量
- 二进制信号量互斥
- 一般信号量fullBuffers
- 一般信号量emptyBuffers
P,V操作的顺序会对结果产生影响。
信号量的实现
使用硬件原语
- 禁用中断
- 原子指令(test-and-set)
类似锁
例如:使用‘禁用中断’
信号量的数据结构
信号量总结
信号量的双用途
- 互斥和条件同步
- 但等待条件是独立的互斥
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
- 使用的信号量已经被另一个线程占用
- 忘记释放信号量
不能够处理死锁问题
管程
目的:分离互斥和条件同步的关注
什么是管程
- 一个锁:指定临界区
- 0或者多个条件变量:等待/通知信号量用于管理并发访问共享数据
一般方法
- 收集在对象/模块中的相关共享数据
- 定义方法来访问共享数据
管程示意图
Lock
- Lock: : Acquire( -等待直到锁可用，然后抢占锁
- Lock:: Release()-释放锁，唤醒等待者如果有
Condition Variable
- 允许等待状态进入临界区
- 允许处于等待（睡眠）的线程进入临界区
- 某个时刻原子释放锁进入睡眠
- Wait ( operation)
- 释放锁，睡眠，重新获得锁返回后
- Signal () operation (or broadcast () operation)
- 唤醒等待者（或者所有等待者)，如果有
条件变量的实现方式
用管程解决生产者消费者问题
Hansen-style 和 Hoare-style
总结
开发/调试并行程序很难
- 非确定性的交叉指令
同步结构
- 锁:互斥
- 条件变量:有条件的同步
- 其他原语:信号量
怎样有效的使用这些结构?
- 制定并遵循严格的程序设计风格/策略
标签：陈渝,管程,信号量,互斥,线程,sem,等待 来源： https://www.cnblogs.com/xyhj/p/14824969.html
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