信号量的两种典型应用

1. 实现一次临时的 happens-before: $A \to B$

• $A \to V(s) \to P(s) \to B$
  • 这就是刚才的 “互斥锁实现同步”

2. 管理计数型资源

• 游泳池里的人不能超过 $n$ 个
• 停车场里的车不能超过 $n$ 个
• 但可以有多个 “停车场”、“游泳池”
• 我们也可以创造出车位

例子：线程 join()

1. 形成 happens-before

• worker: $V(\mathit{done}_t)$
• main: $P(\mathit{done}_1) \to P(\mathit{done}_2) \ldots \to P(\mathit{done}_T)$
• 描述了一个 “计算图”

2. 使用计数型资源

• worker: $V(\mathit{done})$
• main: $P(\mathit{done}) \times T$

例子：优雅地实现生产者-消费者

信号量设计思路

• 考虑 “球”/“手环” (每一单位的 “资源”) 是什么
• 生产者/消费者 = 把球从一个袋子里放到另一个袋子里

void produce() {
    P(&empty);
    printf("(");
    V(&fill);
}

void consume() {
    P(&fill);
    printf(")");
    V(&empty);
}

例子：实现更复杂的同步

Fish

• $T_a$: 死循环打印 <
• $T_b$: 死循环打印 >
• $T_c$: 死循环打印 _

同步这些线程

• 保证打印出 <><_ 和 ><>_ 的序列？

信号量实现同步：问题分析

一个小困难

• 假设刚打印完一条完整的鱼
  • <><_ 或 ><>_
• < 和 > 都是可行的
  • 信号量似乎不太好表达 “二选一”

使用 happens-before

• 为每个字符设置一个信号量
  • 例如，打印 < 的就 P(<)
• 维护状态机，由上一个完成的线程决定 V 哪一种字符