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作業系統中的訊號量(sema)與互斥(mutex)

訊號量:那是多執行緒同步用的,一個執行緒完成了某一個動作就通過訊號告訴別的執行緒,別的執行緒再進行某些動作。

互斥量:這是多執行緒互斥用的,比如說,一個執行緒佔用了某一個資源,那麼別的執行緒就無法訪問,知道這個執行緒離開,其他的執行緒才開始可以利用這個資源。

訊號量與普通整型變數的區別:

訊號量(semaphore)是非負整型變數,除了初始化之外,它只能通過兩個標準原子操作:wait(semap), signal(semap) ; 來進行訪問;原子操作操作也被成為PV原語(P來源於Dutchproberen"測試",V來源於Dutchverhogen"增加"),而普通整型變數則可以在任何語句塊中被訪問; 

訊號量與互斥量之間的區別:

1. 互斥量用於執行緒的互斥,訊號線用於執行緒的同步。  這是互斥量和訊號量的根本區別,也就是互斥和同步之間的區別。  

互斥:是指某一資源同時只允許一個訪問者對其進行訪問,具有唯一性和排它性。但互斥無法限制訪問者對資源的訪問順序,即訪問是無序的。  

同步:是指在互斥的基礎上(大多數情況),通過其它機制實現訪問者對資源的有序訪問。在大多數情況下,同步已經實現了互斥,特別是所有寫入資源的情況必定是互斥的。少數情況是指可以允許多個訪問者同時訪問資源  

2. 互斥量值只能為0/1,訊號量值可以為非負整數。  

也就是說,一個互斥量只能用於一個資源的互斥訪問,它不能實現多個資源的多執行緒互斥問題。訊號量可以實現多個同類資源的多執行緒互斥和同步。當訊號量為單值訊號量是,也可以完成一個資源的互斥訪問。  

3. 互斥量的加鎖和解鎖必須由同一執行緒分別對應使用,訊號量可以由一個執行緒釋放,另一個執行緒得到。

【附】訊號量與互斥量詳細分析

訊號量(Semaphore)

訊號量,有時也稱為訊號燈,是在多執行緒環境下使用的一種設施, 它負責協調各個執行緒, 以保證它們能夠正確、合理的使用公共資源。 

訊號量可以分為幾類:  

二進位制訊號量(binarysemaphore):只允許訊號量取0或1值,其同時只能被一個執行緒獲取。  

整型訊號量(integersemaphore):訊號量取值是整數,它可以被多個執行緒同時獲得,直到訊號量的值變為0。  

記錄型訊號量(recordsemaphore):每個訊號量s除一個整數值value(計數)外,還有一個等待佇列List,其中是阻塞在該訊號量的各個執行緒的標識。當訊號量被釋放一個,值被加一後,系統自動從等待佇列中喚醒一個等待中的執行緒,讓其獲得訊號量,同時訊號量再減一。  

訊號量通過一個計數器控制對共享資源的訪問,訊號量的值是一個非負整數,所有通過它的執行緒都會將該整數減一。如果計數器大於0,則訪問被允許,計數器減1;如果為0,則訪問被禁止,所有試圖通過它的執行緒都將處於等待狀態。  

計數器計算的結果是允許訪問共享資源的通行證。因此,為了訪問共享資源,執行緒必須從訊號量得到通行證, 如果該訊號量的計數大於0,則此執行緒獲得一個通行證,這將導致訊號量的計數遞減,否則,此執行緒將阻塞直到獲得一個通行證為止。當此執行緒不再需要訪問共享資源時,它釋放該通行證,這導致訊號量的計數遞增,如果另一個執行緒等待通行證,則那個執行緒將在那時獲得通行證。  

Semaphore可以被抽象為五個操作:  

-建立Create  

-等待 Wait: 執行緒等待訊號量,如果值大於0,則獲得,值減一;如果只等於0,則一直執行緒進入睡眠狀態,知道訊號量值大於0或者超時。  

-釋放 Post:執行釋放訊號量,則值加一;如果此時有正在等待的執行緒,則喚醒該執行緒。  

-試圖等待TryWait:如果呼叫TryWait,執行緒並不真正的去獲得訊號量,還是檢查訊號量是否能夠被獲得,如果訊號量值大於0,則TryWait返回成功;否則返回失敗。  

-銷燬Destroy  

互斥量(Mutex)  

互斥量表現互斥現象的資料結構,也被當作二元訊號燈。一個互斥基本上是一個多工敏感的二元訊號,它能用作同步多工的行為,它常用作保護從中斷來的臨界段程式碼並且在共享同步使用的資源。  

Mutex本質上說就是一把鎖,提供對資源的獨佔訪問,所以Mutex主要的作用是用於互斥。Mutex物件的值,只有0和1兩個值。這兩個值也分別代表了Mutex的兩種狀態。值為0, 表示鎖定狀態,當前物件被鎖定,使用者程序/執行緒如果試圖Lock臨界資源,則進入排隊等待;值為1,表示空閒狀態,當前物件為空閒,使用者程序/執行緒可以Lock臨界資源,之後Mutex值減1變為0。  

Mutex可以被抽象為四個操作:

-建立Create

-加鎖 Lock

-解鎖Unlock

-銷燬Destroy  

Mutex被建立時可以有初始值,表示Mutex被建立後,是鎖定狀態還是空閒狀態。在同一個執行緒中,為了防止死鎖,系統不允許連續兩次對Mutex加鎖(系統一般會在第二次呼叫立刻返回)。也就是說,加鎖和解鎖這兩個對應的操作,需要在同一個執行緒中完成。