信号量_Semaphore与互斥_Mutex

互斥锁（英语：英语：Mutual exclusion，缩写 Mutex）是一种用于多线程编程中，防止两条线程同时对同一公共资源（比如全局变量）进行读写的机制。该目的通过将代码切片成一个一个的临界区域（critical section）达成。临界区域指的是一块对公共资源进行访问的代码，并非一种机制或是算法。一个程序、进程、线程可以拥有多个临界区域，但是并不一定会应用互斥锁。

需要此机制的资源的例子有：旗标、队列、计数器、中断处理程序等用于在多条并行运行的代码间传递数据、同步状态等的资源。维护这些资源的同步、一致和完整是很困难的，因为一条线程可能在任何一个时刻被暂停（休眠）或者恢复（唤醒）。

例如：一段代码（甲）正在分步修改一块数据。这时，另一条线程（乙）由于一些原因被唤醒。如果乙此时去读取甲正在修改的数据，而甲碰巧还没有完成整个修改过程，这个时候这块数据的状态就处在极大的不确定状态中，读取到的数据当然也是有问题的。更严重的情况是乙也往这块地方写数据，这样的一来，后果将变得不可收拾。因此，多个线程间共享的数据必须被保护。达到这个目的的方法，就是确保同一时间只有一个临界区域处于运行状态，而其他的临界区域，无论是读是写，都必须被挂起并且不能获得运行机会。

 

一、Semaphore（旗语）

1. 信号量是一个非负整数，具有两种原子操作:

a. P操作：

也称Down操作。等待信号量变为正数，而后减少信号量；等待信号量的值变为正数，而后减少信号量的值，并将此进程列入等待进程列表，阻塞当前进程。

 

b. V操作：也称Up操作。增加信号量，唤醒等待队列中的进程。

V操作增加信号量的值，并从等待队列中，去除队列顶部的进程，唤醒其继续执行。

 

二、Mutex（互斥）

1. 一个Lock被确定的一个线程拥有，只有拥有者线程才能操作Lock：

2. Acquire操作：
请求一个Lock，该Lock必须由当前线程拥有。使得当前线程进入挂起状态，直到该Lock被释放。

 

二、区别和联系

两者最大区别：信号量可以允许多个线程进入临界区，而互斥体只允许一个线程进入临界区。

1. 初始状态不一样：Mutex的初始值是1（表示锁可用），而Semaphore的初始值是0，随后的操作基本一样。

2. 用法不一样：Mutex的使用者必须为同一个线程，即必须成对使用。而Semaphore可以由不同的线程进行P和V操作，即可以由一个线程不停的P一个资源，而另一个线程不停地V一个资源，故可以应用于生产者-消费者模型等资源同步的场合。因此，Mutex又不同于一个二值的Semaphore。

 

四、理解Semaphore和Mutex
Mutex是一把钥匙，一个人拿了就可进入一个房间，出来的时候把钥匙交给队列的第一个。一般的用法是用于串行化对critical section代码的访问，保证这段代码不会被并行的运行。
Semaphore是一件可以容纳N人的房间，如果人不满就可以进去，如果人满了，就要等待有人出来。对于N=1的情况，称为binary semaphore。一般的用法是，用于限制对于某一资源的同时访问。

 

建议mutex只用于保护critical section。而semaphore则用于保护某变量，或者同步。