在代码中使用二进制信号量

Posted 2023-02-23

【中文标题】在代码中使用二进制信号量

【英文标题】：Use of binary semaphore in the code

【发布时间】：2018-04-17 22:33:27

【问题描述】：

某个计算生成两个数组a 和b，使得a[i]=f(i) for 0 ≤ i < n and b[i] = g(a[i]) for 0 ≤ i < n。假设这个计算被分解成两个并发进程X和Y，这样X计算数组a和Y计算数组b。这些进程使用两个二进制信号量R 和S，都初始化为零。数组a 由两个进程共享。进程的结构如下所示。

Process X:                         
private i;                         
for (i=0; i < n; i++)             
    a[i] = f(i);                       
    ExitX(R, S);                       
                                  

Process Y:
private i;
for (i=0; i < n; i++) 
    EntryY(R, S);
    b[i]=g(a[i]);

以下哪一项代表ExitX 和EntryY 的正确实现？

(A)

ExitX(R, S) 
    P(R);
    V(S);


EntryY (R, S) 
    P(S);
    V(R);

(B)

ExitX(R, S) 
    V(R);
    V(S);


EntryY(R, S) 
    P(R);
    P(S);

(C)

ExitX(R, S) 
    P(S);
    V(R);


EntryY(R, S) 
    V(S);
    P(R);

(D)

ExitX(R, S) 
    V(R);
    P(S);

EntryY(R, S) 
    V(S);
    P(R);

我认为答案应该是 (B)，因为进程 Y 中的关键部分在 X 中的关键部分被执行之前不应执行（a[i] 首先被填充，这将必须用于b[i])，所以在执行X 之后，根据Y 中临界区入口处的选项（B）我们会找到R=1，S=1，所以现在临界区在Y可以执行。

问题：正确答案是（C），我哪里错了？

【问题讨论】：

B 折叠了两把锁，所以它不可能是正确的。这里的重点是协调两个循环。让我写下来。

【参考方案1】：

'B' 如果它们不是二进制信号量，则可以工作：在这种情况下，X 可以创建一个元素，增加一个信号量，而 Y 可以等待该信号量并使用这些项目。信号量可以计算有多少项目可供处理。一个信号量就足够了。

但是你有二进制信号量。所以你最多只能数一个，例如X 可以创建一个元素，向信号量发出信号，但随后不能继续创建元素，因为它不能将该信号量值提高到“2”（或更多）。所以它必须等待那个单个元素被 Y 识别。并且这个等待引入了第二个信号量，当当前元素被处理时向 X 发出信号。重要的是要记住，P 会在必要时等待信号量增加（而 V 会增加），因此 X 不能等待单个信号量回到 0，因为没有这样的操作。

这就是“C”正在做的事情，S 实际上是“数据准备就绪”信号，R 是“确认”。 X 说，它准备好了，然后等待确认。 Y 等待就绪并发送确认。

【参考方案2】：

首先，考虑一下为什么我们在这里甚至需要两个信号量。原因是我们这里有两件事要协调，

在 X 循环完成之前，Y 循环无法启动 i i X 循环无法在 Y 完成 i 之前启动 i+1。

所以有两个信号量，每个信号量在上面管理一个点。

信号量达到 1 需要从 ExitX 调用 P。而EntryY 需要拨打V。所以B已经不在了。要实现 2，我们需要 V in ExitX 和 P in EntryY。

所以看看A，没有人增加任何东西，所以这是一个死锁。

C 完成这项工作。

D 不太正确，因为 X 和 Y 可能会在调用该信号量的任何 P 之前两次命中 V。

【讨论】：

这里的函数 ExitX 和 EntryY 被认为是原子的，对吧？

@chunky 不，不是。只有 P 和 V 是原子的。

这里ExitX执行的那一刻，信号量的更新值为S=0 , R=1，所以现在根据option (C)中的EntryY控制到达并执行，process Y中的b[i]=g(a[i])，现在更新的信号量值为S=1 , R=0，这确保a[i] = f(i) 在process X 中再次运行，对吧？

@chun 没有。 ExitX 会阻塞，因为 S 最初是 0。所以 EntryY 需要先走。

但同样R也是0，那么EntryY怎么能先走呢？