当我们应该使用互斥锁(mutex)和信号量(semaphore)呢?
当我们需要进行任务同步时,我们可以使用互斥锁(mutex)或者信号量(semaphore)。然而,互斥锁和信号量之间有一些差异,因此我们需要根据具体情况来选择使用哪种同步机制。
互斥锁和二元信号量之间的区别在于“拥有权”原则。互斥锁由一个任务获取,并且只能由同一个任务释放。这样可以解决二元信号量可能出现的一些问题,如意外释放、递归死锁和优先级反转等。值得注意的是,互斥锁需要由同一个任务释放,因此不适合用于任务之间的同步。但是,如果与条件变量结合使用,可以构建各种强大的进程间通信(IPC)原语。
因此,建议在实现良好的互斥锁和条件变量(如POSIX pthreads)的情况下使用互斥锁。只有在问题确切地适用于信号量时,才使用信号量。不要试图使用信号量构建其他原语(如读写锁),而是使用互斥锁和条件变量。
关于互斥锁和信号量之间的误解很多。这里有一个很好的解释:Mutex vs. Semaphores – Part 1: Semaphores,Mutex vs. Semaphores – Part 2: The Mutex,Mutex vs. Semaphores – Part 3 (final part): Mutual Exclusion Problems。然而,由于链接无法访问,文章的推荐暂时无法查看。
,当需要进行任务同步时,根据具体情况选择使用互斥锁或信号量。互斥锁适用于任务内部的同步,而信号量适用于任务间的同步。了解互斥锁和信号量之间的区别,可以更好地设计和实现同步机制。
互斥锁(mutex)和信号量(semaphore)是在多线程编程中用于同步和互斥访问共享资源的对象。虽然它们的功能有些相似,但在使用时有一些区别。
互斥锁是一种互斥对象,类似于信号量,但一次只允许一个线程访问,并且对资源的所有权限制可能比信号量更严格。可以将互斥锁看作是普通计数信号量的等价物(计数为1),并且要求只能由锁定它的线程释放。
信号量则具有任意计数,并可以由多个线程同时锁定。它不一定要求由锁定它的线程释放(但是如果不是,则必须仔细跟踪当前负责它的线程,就像跟踪已分配的内存一样)。
因此,如果有多个资源实例(例如三个磁带驱动器),可以使用计数为3的信号量。需要注意的是,这并不告诉您拥有哪些磁带驱动器,只告诉您有多少个。
此外,使用信号量,单个线程可以锁定多个资源实例,例如进行磁带到磁带的拷贝。而如果只有一个资源实例(例如不想破坏的内存位置),则互斥锁更适合。
等效操作如下:
计数信号量 互斥锁 -------------------------- -------------------------- 锁定(P) 锁定 释放(V) 解锁
另外,还有一种二元信号量(binary semaphore)。在概念上,二元信号量就是互斥锁,相当于计数为1的普通信号量。在实现上可能存在一些差异,例如效率或资源的所有权(是否可以由其他线程释放)。另一个潜在的实现差异是递归互斥锁。由于只有一个资源,允许单个线程多次锁定它(只要释放相同次数的锁定)。这在多实例资源上不太容易实现,因为您可能不知道线程是要锁定另一个实例还是再次锁定相同实例。
总之,互斥锁和信号量在多线程编程中起着重要的作用。选择使用哪种对象取决于具体的需求和共享资源的特性。
当我们需要在多线程编程中实现同步时,我们可以使用互斥锁(mutex)和信号量(semaphore)。互斥锁用于保护共享资源,确保同一时间只有一个线程可以访问该资源。信号量用于线程间的通信,可以让一个线程等待另一个线程通知它继续执行。
互斥锁适用于以下情况:当一个线程需要执行一段代码时,希望其他线程不要同时执行该代码。例如,在删除全局链表中的一个节点时,我们不希望其他线程在删除过程中修改指针。通过获取互斥锁并在删除节点时保持锁定状态,其他线程会在尝试获取同一个锁时被阻塞。
信号量适用于以下情况:当一个线程希望在另一个线程告知其可以继续执行之前等待。例如,在生产者-消费者问题中,生产者线程希望在至少有一个缓冲槽为空时等待,只有消费者线程可以告知生产者线程何时可以继续执行。通过获取信号量并在消费者线程中释放信号量,生产者线程可以等待直到消费者线程通知它可以继续执行。
当线程不允许睡眠时,可以使用自旋锁(spinlock)。例如,在操作系统内核的中断处理程序中,绝不能让处理程序睡眠,否则系统会冻结或崩溃。如果需要在中断处理程序中向全局共享链表插入一个节点,可以获取自旋锁,插入节点后释放自旋锁。
总结起来,使用互斥锁保护共享资源,使用信号量进行线程间通信,使用自旋锁在不允许睡眠的线程中保护代码。不同的同步机制适用于不同的场景,根据具体需求选择合适的同步方法。