管程

管程如何自动保证互斥

管程把共享变量和操作它们的方法放在同一个模块里。任何线程进入方法时都会隐式获得模块锁，退出时释放，因此同一时刻最多只有一个线程在模块内部运行，从根本上消除了对共享数据的并发修改。

条件变量必须与显式状态配合

仅有锁不够，线程还需要在缓冲区满或空等条件不满足时睡眠。管程为此提供条件变量，但条件变量本身不保存计数值，必须额外维护一个状态整数，线程先检查该整数再决定是否调用wait。

Hoare语义立即切换而Mesa语义只给提示

Hoare语义下signal会立刻把锁和控制权交给一个等待者，信号者自己暂停。Mesa语义把signal当作提示，信号者继续执行直到退出模块，等待者稍后才被调度，因此等待者醒来后必须重新测试条件。

从理论到语言实现的演变

最初的理论设计追求证明方便，后来的系统语言为了实现简单改用Mesa风格。今日Java等语言用synchronized方法提供近似管程的效果，程序员仍需自己用wait/notify并配合循环检查。

常见误区

• 在Mesa语义下用if而非while判断条件，导致线程在条件已被其他线程破坏后继续执行。
• 把条件变量当成信号量使用，忘记同时维护独立的状态计数，造成永远等待或错误唤醒。

最低标准 C11 · 完整程序 · 下载 .c

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

int balance = 0;
pthread_mutex_t mon = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void deposit(int n) {
    pthread_mutex_lock(&mon);
    balance += n;
    pthread_mutex_unlock(&mon);
}

void *worker(void *arg) { (void)arg;
    for (int i = 0; i < 1000; i++)
        deposit(1);
    return NULL;
}

int main(void) {
    pthread_t t1, t2;
    pthread_create(&t1, NULL, worker, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, worker, NULL);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    printf("%d\n", balance);
    return 0;
}

在本地编译

gcc -std=c11 -Wall -Wextra -Wpedantic -Werror -pthread ostep-monitors.c -o example && ./example

预期结果

2000

CHECK YOUR UNDERSTANDING

合上答案，试着解释。

为什么采用Mesa语义的有界缓冲区管程必须把“缓冲区是否为空”的判断写成while循环？

继续查证

• OSTEP chapter PDF

标准草案与官方章节会更新；版本标记只说明示例最低要求。