信号量的实现是如何工作的？

Question

圣诞快乐！

我正在阅读信号量小书。书上有一个C语言的信号量实现，我不太明白。请参阅下面的代码。有这个唤醒变量。作者解释说：

wakeups 统计待处理信号的数量；即已被唤醒但尚未恢复执行的线程数量。唤醒的原因是为了确保我们的信号量具有属性 3，如第 4.3 节所述

和

性质3：当一个线程执行signal时，如果有线程在等待信号量，则必须唤醒其中一个等待线程。

好吧，我想我明白了属性的含义。等待线程之一应该获得互斥体，而不是另一个线程（例如信号线程）。如果我错了，请纠正我。我不明白的是这个机制是如何保证这个属性的。我想说的是，财产没有保障。非等待进程仍然有可能获得互斥锁。我缺少什么？

typedef struct {
  int value, wakeups;
  Mutex *mutex;
  Cond *cond;
} Semaphore;

// SEMAPHORE

Semaphore *make_semaphore (int value)
{
  Semaphore *semaphore = check_malloc (sizeof(Semaphore));
  semaphore->value = value;
  semaphore->wakeups = 0;
  semaphore->mutex = make_mutex ();
  semaphore->cond = make_cond ();
  return semaphore;
}

void sem_wait (Semaphore *semaphore)
{
  mutex_lock (semaphore->mutex);
  semaphore->value--;

  if (semaphore->value < 0) {
    do {
      cond_wait (semaphore->cond, semaphore->mutex);
    } while (semaphore->wakeups < 1);
    semaphore->wakeups--;
  }
  mutex_unlock (semaphore->mutex);
}

void sem_signal (Semaphore *semaphore)
{
  mutex_lock (semaphore->mutex);
  semaphore->value++;

  if (semaphore->value <= 0) {
    semaphore->wakeups++;
    cond_signal (semaphore->cond);
  }
  mutex_unlock (semaphore->mutex);
}

Answer 1

wakeups 成员并不是为了保护互斥量不被等待线程以外的其他线程获取 - 它的目的是防止从 sem_wait() 释放太多线程功能。

cond_signal() 包装的 pthread_cond_signal() 函数调用具有以下语句 在其文档中（添加了强调）：

pthread_cond_signal() 函数应取消阻止至少一个在指定条件变量 cond 上被阻止的线程（如果有任何线程）在 cond 上被阻止）。

和：

在多处理器上，pthread_cond_signal() 的实现可能无法避免解除在条件变量上阻塞的多个线程的阻塞。

例如，当 3 个线程正在等待条件时，可能会在调用 cond_signal() 时释放两个（或全部三个）线程。 wakeups 计数器确保只有适当数量的线程真正脱离 sem_wait() 函数。其他的将保留在 do/while 循环中并再次等待条件。

Answer 2

此属性的含义是，信号线程应代表等待线程之一（如果有）释放 CPU。
pthread_cond_signal() 正是出于同样的原因保证了这一点。

pthread_cond_signal() 函数应至少解除对指定条件变量 cond 上阻塞的一个线程的阻塞（如果有任何线程在 cond 上阻塞）。