C++多线程同步

　　1962年，荷兰学者Dijksrta在参与X8计算机的开发中设计并实现了具有多道程序运行能力的操作系统--THE Multiprogramming System.为了解决这个操作系统中进程(线程)的同步与互斥问题，他巧妙地利用火车运行控制系统中的“信号灯”(semaphore,或叫“信号量”)概念加以解决。信号量的值大于0时，表示当前可用资源的数量;当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。注意，这个信号量的值仅能由PV操作来改变。

　　PV操作由P操作原语和V操作原语组成(原语也叫原子操作Atomic Operation,是不可中断的过程)，对信号量(注意不要和Windows中的信号量机制相混淆)进行操作，具体定义如下：

　　P(S)：

　　①将信号量S的值减1,即S=S-1;

　　②如果S>=0,则该进程继续执行;否则该进程置为等待状态。

　　V(S)：

　　①将信号量S的值加1,即S=S+1;

　　②该进程继续执行;如果该信号的等待队列中有等待进程就唤醒一等待进程。

　　用PV操作实现多线程的同步与互斥是非常简单的，只要考虑逻辑处理上合理严密而不用考虑具体技术细节，因此与写伪代码较为相似。比如有多个进程P1、P2、 ……PN.它们要互斥的访问一个资源。用PV操作来实现就非常方便直观。下面是PV操作代码：

　　设置信号量为S,初值为1.各进程的操作流程如下：

　　进程P1 进程P2 …… 进程Pn

　　P(S); P(S); P(S);

　　访问资源; 访问资源; 访问资源;

　　V(S); V(S); V(S);

　　可以看出PV操作会忽略具体的编程细节，让程序员的主要精力放在线程同步互斥的逻辑处理上。因此，通过练习PV操作能快速有效提高程序员对多线程的逻辑思维能力，达到强化“内功”的目的。

　　接下来就来几道简单的计算机考研真题。

　　第一题 放水果 南京大学计算机考研真题

　　桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果，也可向盘中放桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘空时一次只能放一只水果供吃者取用，请用P、V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。

　　这个题目涉及的东西非常之多，光人物就有三个再加水果，盘子等等，确实让人感觉好像无从下手。但不管题目如何变，只要牢牢的抓住同步和互斥来分析问题就必定能迎刃而解。

　　下面先考虑同步情况即所有“等待”情况：

　　第一。爸爸要等待盘子为空。

　　第二。儿子要等待盘中水果是桔子。

　　第三。女儿要等待盘中水果是苹果。

　　接下来来考虑要互斥处理的资源，看起来盘子好像是要作互斥处理的，但由于题目中的爸爸、儿子、女儿均只有一个，并且他们访问盘子的条件都不一样，所以他们根本不会同时去访问盘子，因此盘子也就不用作互斥处理了。分析至些，这个题目已经没有难度了，下面用PV原语给出答案：

　　先设置三个信号量，信号量Orange表示盘中有桔子，初值为0.信号量Apple表示盘中有苹果，初值为0.信号量EmptyDish表示盘子为空，初值为1.三个人的操作流程如下所示：

　　1.爸爸

　　P(EmptyDish)

　　if (rand()%2==0)

　　{

　　放桔子

　　V(Orange)

　　}

　　else

　　{

　　放苹果

　　V(Apple)

　　}

　　2.儿子

　　P(Orange)

　　取桔子

　　V(EmptyDish)

　　3.女儿

　　P(Apple)

　　取苹果

　　V(EmptyDish)

　　第二题 安全岛 南开大学考研真题

　　在南开大学至天津大学间有一条弯曲的路，每次只允许一辆自行车通过，但中间有小的安全岛M(同时允许两辆车)，可供两辆车在已进入两端小车错车，设计算法并使用P,V实现。

　　这个问题应该如何考虑了?同样只要牢牢的抓住同步和互斥来分析问题就必定能迎刃而解。

　　考虑所有“等待”情况：

　　在路口N准备从N到T的人应该什么时候进入了?如果他只判断道路K上有没有人肯定是不行的，因为如果安全岛M上已经有2个人，那么路口N和路口T再各进一人，肯定会造成死锁。因此可以这样--在路口N准备从N到T的人要等待与他同方向的人已经到达T,如果此人已经到达T,且道路K上没有人，他必定可以上路了。同理在路口T准备从T到N的人也应该这样做。

　　再考虑互斥情况：

　　路上每次只允许一辆自行车通过，所以道路是需要作互斥处理的。

　　分析之后，下面就用PV原语给出答案(考研辅导书上的答案)：

　　设置信号量NT表示在路口N且从N到T方向上允许出发的自行车数量，初值为1.信号量TN表示在路口T且从T到N方向上允许出发的自行车数量，初值为1.信号量K和L表示道路，初值均为1.这样从N到T的车和从T到N的车的行驶流程如下：

　　从N到T的车 从T到N的车

　　P(NT) P(TN)