互斥那点事儿（下）

“我找到好办法了！”

没有想到，说话的人竟然是磁盘！

进程调度器瑟瑟的说：“你有方法？还是算了吧，我怕用你的方法操作系统要乱套了。”

磁盘委屈的道：“不就是刚刚冤枉你了吗，这么小气干什么！再说了，这个方法不是我想出来的，是我从文件里找到的。”

操作系统挑了挑眉毛：“哦？你找到什么文件了，让大家也瞅瞅？”

磁盘嗡嗡的转起来，很快就把文件取出来了。

“当当当当~ 这可是大师 dijkstra 的论文，他引入了一个全新的变量类型——信号量（semaphore）。然后还为信号量设置了两种操作，p（proberen，检测） 和 v（verhogen，增量） 。”

”说清楚点啊，信号量是怎么个用法啊？“进程急切的问道。

“别急，让我接着看。。。dijkstra 提出，p操作是检测信号量是否为正值，如果不是，就阻塞调用进程。 v操作能唤醒一个阻塞进程，让他恢复执行 。具体点的话就是这样： “

// s 为信号量
p(s):
{
s = s - 1
if (s < 0)
    {
        调用该 p 操作的进程阻塞，并插入相应的阻塞队列；
    }
}

// s 为信号量
v(s):
{
s = s + 1
if (s <= 0)
    {
        从等待信号量 s 的阻塞队列里唤醒一个进程；
    }
}

内存仔细看了代码，说：”这个实现也要求是原子操作诶，dijkstra 这个方法很有趣啊。“

进程蒙圈了：“我怎么完全看不懂啊？内存你给我讲讲呗。”

“好，我就用最简单的一组线程举例子了：

// 线程 a，b，c , s = 1
...
p(s)        //s = s - 1  若 s < 0 ,阻塞等待
购票操作
v(s)        //s = s + 1  若 s <= 0, 表明有线程阻塞了，得唤醒其中一个 
...

这里的 「购票操作」 就是我们要保护的临界区，我们要保证一次只能有一个线程进入。那我们就把 s 的初始值设为 1 。当线程 a 第一个调用 p(s) 后，s 的值就变成了 0 ，a 成功进入临界区。在 a 出临界区之前，线程 b 如果调用 p(s)， s 就变成 -1 ，满足 s < 0 的判断条件，线程 b 就被阻塞了。等 a 调用 v(s) 后，s 的值又变成 0 ，满足 s <= 0，就会把线程 b 唤醒，b 就能进入临界区了。“

进程恍然大悟：“原来是这样，看起来和二元锁差不多啊，但是不用忙等待了。”

内存神秘一笑：“信号量能做的可不止这些，你想想看，要是我把 s 的初始值设为 2 ，会发生什么？”

“一次能有两个线程访问临界区！”进程这次反应快多了：“也就是说 s 的初始值可以控制有多少个线程进入临界区，太厉害了！”

tobe 注：从信号量的值能看出还有多少个进程能进入临界区，如果为负数，表明有 x 个进程因为调用 p(s) 而被阻塞

“没错，所以说信号量是一个很灵活的并发机制。而且信号量还有另一个厉害的用处：

你看这两个进程有什么特别的地方？“

“emmmm，这个嘛，进程 p2 的 v 操作居然放在 p 操作的前面，而且两个操作的信号量还不是同一个。”

“没错，这样使用信号量，能让两个进程做到同步。你看，如果 p1 运行到 p(s1)，他是不是会阻塞？”

进程认真一看，说：“没错诶，s1 初始值是 0，p1 肯定得停在这一句。让我再看看，，，如果 p1 想接着运行，就得等 p2 调用 v(s1) 把他唤醒。”

“是的，这就是同步——运行快的 p1 必须在这里停下来等 p2 运行到指定位置。两个进程的执行顺序就是这样：

也就是说 x 最终的值必然是 30，而不可能是 20。在信号量的帮助下，这两个进程达成了同步。“

进程由衷的感叹：“信号量实在是太强大了！咱们以后就用信号量来解决互斥的问题吧！”

---

tobe 注：在 linux 里提供了信号量和互斥量（也就是二元锁）这两种主要机制实现互斥，不过 linux 的信号量功能要比文章里讲得复杂得多，「unix 环境高级编程」这本书里写到「。。。三种特性造成了这种并非必要的复杂性」，对于一般的互斥操作，还是建议使用互斥锁（当然是阻塞而非忙等待）。稍微复杂点的锁还有「读写锁」，以后有机会再讲吧~

觉得我写的还不错的话，就点个赞吧！