CMU 15-213 Introduction to Computer Systems学习笔记(22) Synchronization: Advanced

Reminder: Semaphores

信号是非负全局同步变量， 由P和V操作管理，并且P操作将信号量作为参数。

Using semaphores to schedule shared resources

上一节课是利用信号量来提供互斥，

其他方法也可以做到保护共享变量。我们也可以使用信号量以不同的方式协调对共享数据结构的访问（网上看了下说是同步的概念https://blog.youkuaiyun.com/xqf309/article/details/8769107），我们在使用信号量之前的想法只是为了保护对共享变量的访问，但是我们也可以通过在这些场景中保持并以此方式协调访问，  我们正在使用信号量来跟踪状态以计算事物以跟踪状态，并通知其他状态变化的其他在ok状态的线程，所以这是一个非常不同的使用模型。

Producer-Consumer Problem

我们要看的两个经典例子是消费者问题和读者作家问题。

 生产者消费者的想法是：你有一个缓冲区形式的资源，缓冲区大小有限， 所以它由n个插槽组成，每个插槽可以容纳一个项目。那里有一个生产者线程， 生产物品，然后将他们插入缓冲区， 消费者从缓冲区删除项目， 然后通过某种方式对它们进行处理消耗， 所以同步模型是：生产者等待一个空位， 如果存在buffer区已经满了，则生产者无法将项插入缓冲区，所以它等待一个空槽，当有孔槽时，就会将项目插入空槽区，然后它通知消费者现在缓冲区有一个新项目，消费者当然必须等待项目在缓冲区中显示， 否则不能从空缓冲区中删除一个项目，当他被通知可以删除一个项目后，它会通知生产者现在有一个可用的插槽。

这个实际上非常简单的模式实际上非常有用，并且出现在很多应用程序当中， 比如多媒体应用程序， 在多媒体应用中，制作人可能会在视频中产生MPEG帧，并且消费者将消费那些MEPG帧然后适当的绘制屏幕。另一个重要的应用是图形用户界面，图形用户界面通常使用此生产者-消费者模型来实现，鼠标点击，动作和键盘点击， 这些都被记录被事件， 系统将它们记录为事件并将其置于某种队列中， 然后系统的其他部分从队列中检索项目并对它们作出反应，例如图形系统将检索诸如鼠标事件和鼠标移动点击之类的事情，它将相应地绘制屏幕， 所以它会反应它会重新绘制屏幕，以便于向你显示光标正在移动

正如我们稍后将看到的多线程，我们可以使用此模型能构建多线程并发服务器。

缓冲区未空：消费者就可以一直取资源。
缓冲区未满：生产者就可以一直生产资源

Producer-Consumer on an n-element Buffer

实现需要一个互斥锁来保证对资源的互斥访问， 然后它需要另外两个信号量来计算信号量。slots是一个信号量，用于计算缓冲区中的可用插槽，  并且counts 可以计算可用物品数。

 

Readers-Writers Problem

对读者来说，我们可以拥有尽可能多的读者，同时读取资源变量或者变量集， 所以可能会有很多的读者阅读资源，但是当作家想要写作的时候，它必须具有对资源的互斥访问权。

在线航空预订系统中有很多客户端，只要这些客户端正在阅读你可以拥有的数据库，他们都可以在同一时间阅读，但是只要有人想要预订并更新数据库，然后该更新必须以互斥的方式发生，

Variants of Readers-Writers

Crucial concept: Thread Safety

  

Thread-Unsafe Functions (Class 1)

Thread-Unsafe Functions (Class 2)

Thread-Safe Random Number Generator

  Thread-Unsafe Functions (Class 4)

Reentrant Functions

One Worry: Races

A Worry: Deadlock

Deadlock Visualized in Progress Graph

Avoiding Deadlock

老师给的方法是：Acquire shared resources in same order，例子没怎么看懂，网上查了下，

https://blog.youkuaiyun.com/hj605635529/article/details/69214903