pthreads互斥与信号量

Question 1

pthread库提供的信号量和互斥量有什么区别？

Question 2

信号量具有同步计数器，互斥量仅是二进制的（真/假）。

信号量通常用作回答正在使用资源的多少元素的确定机制-例如，表示n个工作线程的对象可能使用信号量来计算有多少个工作线程可用。

事实是，您可以通过由互斥锁同步的INT来表示信号量。

Question 3

我将谈论Mutex与Binary-Semaphore。您显然使用互斥锁来防止一个线程中的数据同时被另一个线程访问。

（假设您刚刚调用过lock（），并且正在访问数据。这意味着，您不希望任何其他线程（或同一线程代码的另一个实例）访问由锁锁定的相同数据。相同的互斥锁。也就是说，如果在不同的线程实例上执行的是同一线程代码，则会命中该锁，然后lock（）应该会阻塞控制流。

这适用于使用不同线程代码的线程，该线程代码也正在访问相同的数据，并且也被相同的互斥锁锁定。

在这种情况下，您仍处于访问数据的过程中，并且可能需要花费15秒钟的时间才能达到互斥锁解锁（这样，在互斥锁中被阻塞的另一个线程将解除阻塞并允许控件访问数据）。

您是否曾经允许另一个线程仅解锁相同的互斥锁，然后又允许互斥锁中已在等待（阻塞）的线程解除阻塞并访问数据？（希望您明白我在这里说的话。）

根据公认的通用定义，

使用“互斥体”不会发生这种情况。没有其他线程可以解锁您线程中的锁
使用“二进制信号量”会发生这种情况。任何其他线程都可以解锁您线程中的锁

因此，如果您非常在意使用二进制信号量而不是互斥量，那么您应该非常谨慎地“确定”锁定和解锁范围，我的意思是，碰到每个锁的每个控制流都应该碰到一个解锁调用不应有任何“首次解锁”，而应始终是“首次锁定”。

Question 4

互斥锁用于避免多个线程之间的竞争状态。

信号量用作跨多个进程使用的同步元素。

互斥锁不能用二进制信号量代替，因为，一个进程等待信号量，而另一个进程释放信号量。在互斥锁的情况下，获取和释放都由相同的对象处理。

Question 5

厕所的例子

互斥体：

是上厕所的钥匙。一个人可以当时拥有钥匙-上厕所。完成后，该人将密钥提供（释放）给队列中的下一个人。

“ Mutexe通常用于序列化不能由多个线程同时执行的可重入代码段的访问。互斥对象仅允许一个线程进入受控段，从而迫使其他试图访问该段的线程等到第一个线程从该部分退出。”

（互斥量实际上是值为1的信号量。）

信号：

是免费的相同马桶钥匙的数量。例如，假设我们有四个具有相同锁和钥匙的卫生间。信号量计数（键的计数）在开始时设置为4（所有四个洗手间都是免费的），然后计数值随着人们的进来而递减。没有剩余的可用键，信号量为0。一个人离开洗手间，信号量增加到1（一个自由键），并交给队列中的下一个人。

“信号量将共享资源的同时用户数限制为最大数量。线程可以请求访问该资源（减少信号量），并可以发出信号，表明他们已完成使用该资源（增加信号量）。”

资源

Question 6

semaphore和之间的mutex区别是机制和模式之间的区别。它们的目的（意图）和工作方式（行为）不同。

的mutex，barrier，pipeline是并行编程模式。Mutex用于（旨在）保护critical section和确保mutual exclusion。Barrier使代理（线程/进程）保持彼此等待。

的特征（行为）之一mutex模式是，只有允许的代理（进程或线程）可以进入关键部分，而只有该代理可以自愿退出。

在某些情况下，一次mutex允许一个代理。在某些情况下，它允许多个代理（多个读者）而不允许某些其他代理（作家）。

的semaphore是一种机制，可用于（意图）来实现不同的图案。通常，它是（行为）一个标志（可能受到互斥保护）。（一个有趣的事实是甚mutex至可以使用模式来实现信号量）。

在流行文化中，semaphores内核提供了一些机制，并且mutexes，用户空间库提供。

请注意，关于semaphores和存在误解mutexes。它说semaphores用于synchronization。并且mutexes有ownership。这是由于流行的OS书籍。但事实是所有互斥量，信号量和障碍都用于同步。互斥的目的不是，ownership而是mutual exclusion。这种误解引起了受欢迎的面试问题的提出，mutexes并要求两者之间的区别binary-semaphores。

概要，

意图

互斥，互斥
信号量，实现并行设计模式

行为

互斥体，仅允许的代理进入关键部分，并且只有其可以退出
信号量，如果标志显示“ go”，请输入，否则请等到有人更改标志

从设计角度看，mutex更像state-pattern是状态选择的算法可以更改状态的地方。这binary-semaphore更像strategy-pattern是外部算法可以更改状态并最终选择要运行的算法/策略的地方。

Question 7

这两篇文章介绍了有关互斥与信号量的详细信息。此外，此堆栈溢出答案还提供了类似的答案。

Question 8

信号量更多地用作标志，为此您实际上不需要带RTOS / OS。信号量可能会被其他线程意外或故意更改（例如由于编码错误）。当线程使用互斥锁时，它拥有资源。在资源释放之前，没有其他线程可以访问它。

Question 9

互斥体就像S与= 1的sempaphore。

您可以使用信号量控制并发访问的数量，但使用互斥锁一次只能访问一个进程。

请参见下面这两个的实现：（所有函数都是原子的）

信号：

wait(S) {
      while (S <= 0 )
         ; // busy wait
      S--;
}

signal(S) {
      S++;
}

互斥体：

acquire() {
      while (!available)
            ; // busy wait
      available = false;
}

release() {
      available = true;
}

Question 10

互斥锁只能应用于单个进程中的线程，不能像信号量一样在进程之间工作。