c - 信号量操作

Question

我正在阅读有关信号量及其操作的文本。作者强调信号量的wait()和post()操作应该原子执行，否则可能违反线程互斥。谁能给我解释一下他的意思？顺便说一句，我是多线程的新手

Answer 1

上下文切换的操作，其中一个任务/进程被内核替换为另一个，是异步和不确定的。

让我们检查以下代码：

x++;

看起来很简单，哈？但是，如果 x 在不同的任务/进程之间共享，则此代码容易出现同步错误。

要理解这一点，您必须了解原子操作的概念。

原子操作是处理器可以在单个时钟上执行的指令。它通常涉及读取寄存器、写入寄存器等。

回到代码示例：当递增变量时，在幕后（汇编）实际发生的是 cpu 将变量的值读入寄存器。然后，它增加它。然后它将它保存回它从（内存）工具它的原始位置。

如您所见，像这样的简单操作涉及 3 个 cpu 步骤。上下文切换可以在这 3 个步骤之间发生。

让我们举一个需要增加同一个变量 x 的两个线程的例子。

让我们检查一个想象的（但可能的）场景的伪汇编代码

1. 读取要注册的值（线程 1）
2. 增加值（线程 1） CONTEXT SWITCH
3. 读取要注册的值（线程 2）
4. 增加值（线程 2）
5. 保存值（线程 2） CONTEXT SWITCH
6. 保存值（线程 1）

如果 x 是 3，现在看来它需要是 5，但它会是 4。

现在，让我们参考您的原始问题。信号量/互斥体实际上是一个变量。当一个进程想要接受它时，它会增加它。

Answer 2

是的，如果信号量上的wait()和post()操作没有原子地执行，线程的相互执行可能会被违反。

例如，考虑一个具有值S = 1和进程的信号量，P1并P2尝试wait()同时执行如下，

在 time T0，T1process P1，分别P2找到 semaphore 的值，S = 1然后递减 semaphore 以获取锁并同时进入临界区，违反了线程的相互执行。

建议在获得锁之前 使用自旋锁wait()和post() 自旋锁之间的原子性。