用互斥锁实现同步

一个奇妙的想法

• 创建锁时，立即 “获得” 它 (总是成功)
• 其他人想要获得时就会等待
  • 此时 release 就实现了同步
• 一个线程上锁，在另一个线程解锁

让我们来试一试吧 (demo)

• 先把厕所门都锁上
• 线程到达以后等待
• 管理员把所有门都打开

用互斥锁实现计算图

Acquire-Release 实现计算图

• 为每一条边 $e = (u, v)$ 分配一个互斥锁
• 初始时，全部处于锁定状态
• 对于一个节点，它需要获得所有入边的锁才能继续
  • 可以直接计算的节点立即开始计算
• 计算完成后，释放所有出边对应的锁

挺好用 (demo)

• 甚至比条件变量还好用嘞！

本质：“Release as Synchronization”

Release-Acquire 实现了 happens-before

• Acquire = 等待 token
• Release = 发出 token

Token 可以理解为现实生活中的 “资源”

• 停车场：停车位
• 游泳馆：获得手环 (token) 的人可以进入更衣室
  • mutex 实现 token 似乎有什么问题？

缺点：$\mathrm{token} = 1$

于是你发明了信号量！

如果我是游泳馆的老板……

• 一个能 “计数” 的 mutex: 发 $n$ 个手环！
  • 手环 = synchronization token
• mutex 是 $n=1$ 的特殊情况

Acquire

• 获得手环的同学进入游泳池 (手环不够，等待)

Release

• 归还一个手环 (一个等待的同学就能得到手环了)

Example: $n=2$

把 “任何东西” 理解为 Token

停车场有 $n$ 个车位

• Acquire: 在有车位时进入停车场
• Release: 出停车场；车位 + 1

把 “任何东西” 理解为 Token (cont'd)

袋子里有 $n$ 个球

• Acquire: 从袋子里取一个球
  • 如果没有球，需要等待
• Release: 向袋子里放一个球
  • 如果有人在等待，直接把球交给他

注意我们可以有多个口袋！

信号量：API

void P(sem_t *sem) {
    // P - prolaag
    //     try + decrease/down/wait/acquire
    atomic {
        wait_until(sem->count > 0) {
            sem->count--;
        }
    }
}

void V(sem_t *sem) {
    // V - verhoog
    //     increase/up/post/signal/release
    atomic {
        sem->count++;
    }
}