使用信号量实现 N 个进程屏障

Posted 2023-03-17

【中文标题】使用信号量实现 N 个进程屏障

【英文标题】：Implementing an N process barrier using semaphores

【发布时间】：2011-09-13 22:47:23

【问题描述】：

我目前正在为之前迭代的操作系统考试进行培训，我遇到了这个问题：

实施“N 流程屏障”，即 是，确保每个过程出来 一群人在等待，在某些 点在其各自的执行，对于 其他进程达到他们的 给定点。

你有以下 可用的操作：

init(sem,value), wait(sem) and signal(sem)

N 是一个任意数字。我可以使它适用于给定数量的进程，但不适用于任何数量。

有什么想法吗？用伪代码回复就可以了，这不是作业，只是个人学习。

【参考方案1】：

这在The Little Book of Semaphores 中得到了很好的呈现。

n = the number of threads
count = 0
mutex = Semaphore(1)
barrier = Semaphore(0)


mutex.wait()
count = count + 1
mutex.signal()

if count == n: barrier.signal() # unblock ONE thread

barrier.wait()
barrier.signal() # once we are unblocked, it's our duty to unblock the next thread

【讨论】：

谢谢！我想到了一些非常接近的东西。

将if count... 放在互斥块中以确保它只输入一次会更好吗？它现在的样子看起来你可能会输入两次。

nvm - 看了看这本小书，它可以发出两次信号，因为这个屏障没有被重用，所以它的最终状态并不重要，只要它实现了它的目标。

举个例子：假设线程 5 获取互斥锁，递增计数并释放互斥锁。现在调度程序切换到另一个线程，该线程再次获取互斥锁，增加计数并释放互斥锁。现在计数为 6，并且屏障永远不会发出线程信号。

赞成参考信号量小书。这很棒！谢谢！

【参考方案2】：

使用 N 个信号量。不太确定...

semaphore barr[N]
semaphore excl=1
int count=0

int i=1
while (i<=N)
   barr[i]=0 #initialization
   i=i+1

# use, each thread (tid)
wait(excl)
count=count+1
if (count==N)
   int j=1
   while (j<=N)
       signal(barr[j])
       j=j+1
   count=0
signal(excl)
wait(barr[tid])

【讨论】：

这会遇到错误。应该是while (i<N)。下一个 while 循环也一样：while (j<N).

【参考方案3】：

只有 2 个屏障信号量，但不确定...

semaphore barr[0..1] # two semaphores: barr[0] and barr[1]
semaphore excl=1
int count=0
int whichOne=0 # select semaphore to avoid race conditions

barr[0]=0 #initialization
barr[1]=0

# sample use
int current   #local for each thread
wait(excl)
current=whichOne
count=count+1
if (count==N)
   int j=1
   while (j<=N)
       signal(barr[current])
       j=j+1
   count=0
   whichOne=1-whichOne # swap barrier to avoid race conditions
signal(excl)
wait(barr[current])