[操作系统]9. 并发控制-同步（生产者-消费者与条件变量）

[supergem3000]

9. 并发控制：同步 (1) (jyywiki.cn)

同步问题

同步：两个或两个以上随时间变化的量在变化过程中保持一定的相对关系。 线程同步：在某个时间点共同达到互相已知的状态。

生产者-消费者问题

99%的实际并发问题都可以用生产者-消费者解决。

void Tproduce() { while (1) printf("("); }
void Tconsume() { while (1) printf(")"); }

在printf前后增加代码，使得打印的括号序列满足：

• 一定是某个合法括号序列的前缀
• 括号嵌套的深度不超过n 生产者-消费者问题中的同步
• TProduce：等到有空位时才能打印左括号（生产资源，放入队列）
• Tconsume：等到有多余的左括号时才能打印右括号（从队列取出资源） 如何实现？可以简单粗暴直接用互斥锁实现。问题：开销大。

  条件变量

  同步问题分析：线程同步由条件不成立等待和同步条件达成继续构成。 线程join：

• Tmain同步条件：nexit == T 退出的线程数量达到总数
• Tmain达成同步：最后一个线程退出nexit++ 生产者/消费者问题：
• Tproduce同步条件：CAN_PRODUCE (count < n)
• Tproduce达成同步：Tconsume count--
• Tconsume同步条件：CAN_CONSUME (count > 0)
• Tconsume达成同步：Tproduce count++

条件变量：理想与实现之间的折衷。 一把互斥锁+一个“条件变量”+手工唤醒。

• wait(cv, mutex)
  • 调用时必须保证已经获得mutex
  • wait释放mutex，进入睡眠状态
  • 被唤醒后需要重新执行lock(mutex)
• signal/notify(cv)
  • 随机私信一个等待着：醒醒
• broadcast/notifyAll(cv)
  • 叫醒所有人

    课程网站示例代码，if的实现错误原因：等待被唤醒时，也不一定满足条件。

正确的使用方式 需要等待条件满足时：

mutex_lock(&mutex);
while (!COND) {
  wait(&cv, &mutex);
}
assert(COND); // 互斥锁保证条件成立
mutex_unlock(&mutex);

任何改动使其他线程可能被满足时：

mutex_lock(&mutex);
// 任何可能使条件满足的代码
broadcast(&cv);
mutex_unlock(&mutex);