信號量 PV 操做

信號量的類型定義

通常來講，信號量（semaphore）\(S\)，表示資源數量減去需求數量。信號量的值僅能由 PV 操做來改變。

執行一次 P 操做意味着請求一個單位資源，所以 \(S\) 的值減 1；當 \(S < 0\) 時，需求數大於資源數，即已經沒有可用資源，請求者必須等待。

執行一個 V 操做意味着釋放一個單位資源，所以 \(S\) 的值加 1；若 \(S \ge 0\)，此時資源數目能知足需求，因此能夠喚醒一個在等待的請求者，讓它獲取資源。

當 \(S < 0\)，\(|S|\) 即沒有獲得資源的請求者數目，也就是阻塞的線程數。

用互斥量和條件變量能夠模擬信號量的行爲：

use std::sync::Condvar;
use std::sync::Mutex;

pub struct Semaphore {
    sem: Mutex<i32>,
    con: Condvar,
}

impl Semaphore {
    pub fn new(sem: i32) -> Self {
        Self {
            sem: Mutex::new(sem),
            con: Condvar::new(),
        }
    }

    pub fn p(&self) {
        let mut sem = self.sem.lock().unwrap();

        *sem -= 1;
        if *sem < 0 {
            let _ = self.con.wait(sem).unwrap();
        }
    }

    pub fn v(&self) {
        let mut sem = self.sem.lock().unwrap();

        *sem += 1;
        if *sem <= 0 {
            self.con.notify_one();
        }
    }
}

互斥

當信號量的初始值取 1，任何第二個請求資源者會陷入飢餓。從而同一時刻只能有一個線程訪問某個資源。

初始化一個信號量 mutex 爲 Semaphore::new(1)，在使用臨界資源以前調用 mutex.p()，使用完資源以後調用 mutex.v()。即實現了資源的互斥訪問。

同步

設置起始資源爲大於 1 的正數，則 PV 操做維護資源同步。

舉例說明，要實現有 3 個緩衝區的、MPMS 的隊列。抽象出兩種資源：緩衝區空間（room）和隊列中的數據（data）。隊列爲空的狀況下，有 3 個 room 資源，沒有 data 資源。

let room = Semaphore::new(3);
let data = Semaphore::new(0);
let queue = Queue::empty();

要往隊列裏添加元素，則須要一個 room 資源，操做完以後產生一個 data 資源。

room.p();
queue.push(x);
data.v();

要從隊列頭取出元素，則須要一個 data 資源，操做完以後產生一個 room 資源。

data.p();
let x = queue.pop();
room.v();

（完）