带有测试和设置的信号量（代码实现可能的错误）

Posted 2023-02-16

【中文标题】带有测试和设置的信号量（代码实现可能的错误）

【英文标题】：Semaphores with test and set (code implementation possible mistake)

【发布时间】：2020-08-10 05:58:15

【问题描述】：

我一直在学习信号量，并且正在查看信号量的网站实现 (http://faculty.salina.k-state.edu/tim/ossg/IPC_sync/ts.html)，但是，我不明白该实现，以节省任何人访问该网站的代码如下所示。

struct semaphore 
    int value = <initial value>;
    boolean mutex = FALSE;
    boolean hold = TRUE;
    queue m, h;
;

shared struct semaphore s;

/* P() */
acquire_semaphore(struct semaphore s) 
    while(TS(s.mutex)) WAIT(s.m);    /* wait for intertal mutex */
    s.value--;
    if(s.value < 0) 
        s.mutex = FALSE;
        SIGNAL(s.m);
        while(TS(s.hold)) WAIT(s.h); /* wait - too many out */
    
    else
        s.mutex = FALSE;
        SIGNAL(s.m);


/* V() */
release_semaphore(struct semaphore s) 
    while(TS(s.mutex)) WAIT(s.m);   /* wait for intertal mutex */
    s.value++;
    if(s.value >= 0) 
        s.hold = FALSE;
        SIGNAL(s.h);
    
    s.mutex = FALSE;
    SIGNAL(s.m);

boolean Test_and_Set( boolean memory[m] )
 [
    if( memory[m] )        // lock denied
        return True;
    else                  // lock granted
        memory[m] = True;
        return False;
    
  ]

我假设的 TS 方法是 TestandSet()，上面也显示了从同一网站复制的内容，我的问题是，如果出现 3 个进程并使用初始化为 1 的信号量调用 acquire_semaphore，那么值信号量将变为-2，进程 p2 和 p3 将进入 h 队列并且从未被通知唤醒，这似乎不正确，所以我假设代码中有错误？我解决这个问题的假设是，发布信号量中的“if(s.value >= 0) ”行应该是“if(s.value

Action            | Value | Mutex | Hold | m  | h       | Comments
init              | 1     | FALSE | TRUE | [] | []      | 
P1 aquire lock    | 0     | FALSE | TRUE | [] | []      | P1 now has the semaphore
P2 aquire lock    | -1    | FALSE | TRUE | [] | [P2]    | P2 added to the h queue
P3 aquire lock    | -2    | FALSE | TRUE | [] | [P2,P3] | p3 added to the h queue
P1 release lock   | -1    | FALSE | TRUE | [] | [P2,P3] | lock released but since s.value is <= 0 signal not set to wake s.h queue

【参考方案1】：

第一：

acquire_semaphore(struct semaphore s)

当它被调用时，信号量由value 提供，几乎可以肯定应该由reference 提供。当它是 value 时，acquire 所做的任何更改都不会反映在 s 中 [参见注释 1]。因此，无论获取做什么，它都不提供信号量获取语义。这很可能适用于对未指定队列类型（s->m、s->h）的引用。

这是另一个经典：

else
    s.mutex = FALSE;
    SIGNAL(s.m);

编译器实际上理解为：

 else 
    s.mutex = FALSE;

SIGNAL(s.m);

这似乎不对，但很多似乎不对。所以，如果这有什么作用，那是运气（也许是运气不好？）。除非您被指派修复它，否则请忽略它。

其次，它似乎试图在 WAIT & SIGNAL 之上实现信号量，这相当于一个信号量；很可能它可以被更正为：

struct semaphore 
    queue s;
;
acquire_semaphore(struct semaphore *s) 
    WAIT(&s->s);

release_semaphore(struct semaphore *s) 
    SIGNAL(&s->s);

并完成它。

[注]： 将信号量布局为：

struct semaphore 
     struct _semaphore *p;
;
struct _semaphore 
     /* actual bits to make a semaphore here */
;

这具有允许在信号量中复制语义的良好效果，因此如果有人执行诸如重新分配包含信号量的结构之类的操作，它的行为将符合预期。本例中没有这样做，但请记住这一点。