我应该如何用计数模拟 sem_wait？

Posted 2023-02-16

【中文标题】我应该如何用计数模拟 sem_wait？

【英文标题】：How should I simulate sem_wait with a count?

【发布时间】：2015-06-06 12:10:50

【问题描述】：

我正在使用semaphore.h，如果n 而不是只有一个插槽可用，我想获得一个信号量。 Posix 本身不提供此功能。我该如何解决这个问题？我一定会使用信号量，没有其他同步方式是可能的。

我正在考虑使用带有单独计数器变量的二进制信号量，但在我看来，这会破坏它的目的。

【问题讨论】：

相关：***.com/questions/3491762 -- 仅声明本机不支持此功能，但不提供没有 SysV 的替代方案

该链接上的答案使用pthread_mutex_t 和pthread_cond_t 实现了一个信号量。你不能用那个吗？

您可以简单地通过尝试等待计数次数来执行sem_trywait 计数，如果任何失败，sem_post 的次数与重置计时器成功次数一样多。 （类似地，sem_post 只需调用 sem_post 计数次数。）。如果你想要阻塞等待，你需要在一个结构中有两个信号量，这意味着必须包装所有标准的sem_xxx 函数。你能接受吗？

你可以使用系统 V 信号量而不是 POSIX 信号量吗？ SysV 版本更难使用，但我认为它确实支持您描述的行为。

感谢您的回复。 @mtijanic，不，这是作业的一部分，看来他们坚持使用信号量（和 posix）。

【参考方案1】：

由于您有多个线程争用信号量的插槽（否则您根本不需要信号量），您需要防止死锁。例如，如果您的信号量有四个插槽，并且两个线程中的每一个都试图获得三个，那么如果每个线程都设法获得两个，它们就会死锁。因此，您必须保护对获取信号量槽的过程的访问。

保护计数器的二进制信号量不足以防止上述死锁情况。此外，如果在任何给定时间没有足够的插槽可用，那么您必须有一些同步方法来等待更多插槽可用。不过，您可以使用两个信号量来完成这项工作，一个用于保护对信号量获取过程的访问，另一个用于承载正在获取的实际插槽。像这样的东西，例如：

#define DO_OR_RETURN(x) do  int _r; if ((_r = (x))) return _r;  while (0)

typedef struct multi_sem 
    sem_t sem_acquire_sem;
    sem_t multislot_sem;
 multisem;

int multisem_init(multisem *ms, unsigned int slots) 
    DO_OR_RETURN(sem_init(&ms->sem_acquire_sem, 0, 1));
    return sem_init(&ms->multislot_sem, 0, slots);


int multisem_wait(multisem *ms, unsigned int slots_to_acquire) 
    int result;
    DO_OR_RETURN(sem_wait(&ms->sem_acquire_sem));

    while (slots_to_acquire) 
        result = sem_wait(&ms->multislot_sem);
        switch (result) 
            case 0:
                slots_to_acquire -= 1;
                break;
            case EINTR:
                /* interrupted by a signal; try again */
                break;
            default:
                /* undocumented error - should never happen */
                /* insert appropriate apocalypse response here */
                slots_to_acquire = 0; /* bail out */
                break;
        
    

    if (sem_post(&ms->sem_acquire_sem)) 
        /* big oops - no recovery possible - should never happen */
        /* insert appropriate apocalypse response here */
    

    return result;


int multisem_post(multisem *ms, unsigned int slots_to_post) 
    while (slots_to_post) 
        DO_OR_RETURN(sem_post(&ms->multislot_sem));
        slots_to_post -= 1;
    
    return 0;

请注意，如果线程尝试获取multisem 的插槽，而它已经拥有至少一个（以及其他方式），那么它仍然容易发生死锁。我认为风险是问题所固有的。