信號量

引用：

• 借鑒自《深入理解計算機系統(tǒng)》

作用：

• 信號量的一個作用是用來做線程間對貢獻(xiàn)變量的互斥訪問。
• 信號量的另一個重要作用是調(diào)度對共享資源的訪問。一個線程用信號量操作來通知另一個線程。

實現(xiàn)：

• 信號量是具有非負(fù)整數(shù)值的全局變量，只能由兩種特殊的操作來處理，這兩種操作稱為P和V。
• P（s）：如果s是非零的，那么P將s減一，并且立即返回。如果s為零，那么就掛起這個線程，直到s變?yōu)榉橇?，而一個V操作會重啟這個線程。
• V(s)：V操作將s加1，如果有任何線程阻塞在P操作等待s變?yōu)榉橇?，那么V操作會重啟這些線程中的一個，然后該線程將s減1，完成它的P操作
• P中的測試和減一操作是不能分割的。V中的加一操作也是不可分割的。
• P和V的定義確保了一個正在運行的程序絕不可能進(jìn)入這樣一種狀態(tài)，也就是一個正確初始化了的信號量有一個負(fù)值。這個屬性成為信號量不變性。
• 信號量提供了一種很方便的方法來確保對共享變量的互斥訪問。
• 在一個互斥鎖上執(zhí)行P操作稱為對互斥鎖加鎖，執(zhí)行V操作稱為對互斥鎖解鎖。
• 對一個互斥鎖加了鎖但是還沒有解鎖的線程稱為占用這個互斥鎖，一個被用作一組可用資源的計數(shù)器的信號量成為計數(shù)信號量。

函數(shù)定義

#include <semaphore.h>
int sem_int(sem_t *sem, unsigned int value);
void P(sem_t *sem) 
{
    if (sem_wait(sem) < 0)
     unix_error("P error");
}
void V(sem_t *sem)
{
    if (sem_post(sem) < 0)
    unix_error("V error");
}

使用信號量解決讀者寫者問題：

描述：

• 讀者線程只讀取對象
• 寫者線程修改對象
• 寫者對于對象的訪問是互斥的
• 多個讀者可以同時讀取對象

應(yīng)用場景

• 在線訂票系統(tǒng)（多讀一寫）
• 多線程緩存 web 代理

第一類讀者寫者問題（讀者優(yōu)先）

• 如果寫者沒有獲取到使用對象的權(quán)限，不應(yīng)該讓讀者等待
• 在等待的寫者之后到來的讀者應(yīng)該在寫者之前處理
• 也就是說，只有沒有讀者的情況下，寫者才能工作
• 代碼示例：

int readcnt;    /* Initially = 0 */
sem_t mutex, w; /* Both initially = 1 */

void reader(void) 
{
    while (1) {
        P(&mutex);
        readcnt++;
        if (readcnt == 1) /* First in */
            P(&w);          
        V(&mutex);          

        /* Critical section */
        /* Reading happens  */

        P(&mutex);
        readcnt--;
        if (readcnt == 0) /* Last out */
            V(&w);
        V(&mutex);
    }
}
/* $end reader1 */

/* $begin writer1 */
void writer(void) 
{
    while (1) {
        P(&w);

        /* Critical section */
        /* Writing happens  */ 

        V(&w);
    }
}
/* $end writer1 */

第一類讀者寫者問題（寫者優(yōu)先）

• 一旦寫者可以處理的時候，就不應(yīng)該進(jìn)行等待
• 在等待的寫者之后到來的讀者應(yīng)該在寫者之后處理
• 代碼示例：

/* Global variables */
sem_t sem;    /* Initially = N */
sem_t wmutex; /* Initially = 1 */

void reader(void) 
{
    while (1) {
        P(&sem);

        /* Critical section: */
        /* Reading happens   */

        V(&sem);
    }
}

void writer(void) 
{
    int i;

    while (1) {
        P(&wmutex);
        for (i=0; i<N; i++)
            P(&sem);
        V(&wmutex);

        /* Critical section: */
        /* Writing happens   */

        for (i=0; i<N; i++)
            V(&sem);
    }
}
/* $end rw3 */