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死磕信号量实现读者-写者：我被自己写的代码坑惨了

news 2026/7/2 1:58:43

一开始：我看到题，想先不看答案解决“经典问题”

第一回合：“完美”避开死锁，却撞上了死锁

第二回合：死锁修好了，又掉进了“并发度”的坑

第三回合：病急乱投医，想用“关中断”当外挂

结语

最近学习并发编程，感觉自己对信号量和 PV 操作已经拿捏了。正好碰到经典的“读者-写者问题”，结果这一做不要紧，硬是把自己绕进去，反复推翻了好几次，最后才搞明白到底坑在哪。

一开始：我看到题，想先不看答案解决“经典问题”

我当时并没有在操作系统中接触到用到“计数器“的题目，我想，信号量既然表示可用资源的数量，那么拿来统计有多少个读者在读岂不正好？进入时，若该进程为第一个读者，我就申请临界资源使用权；退出时，若是最后一个读者，我就归还临界资源使用权。
我第一版代码是这么写的：
semaphore sWrite = 1; // 写者锁 semaphore sRead = 0; // 读者计数器 Reader() { // 进入区 if (sRead == 0) { P(sWrite); } V(sRead); // 读临界区 ... // 退出区 if (sRead == 0) { V(sWrite); } // 先判断，再减1 P(sRead); } Writer() { P(sWrite); // 写临界区 ... V(sWrite); }
写完之后我还挺得意，觉得逻辑非常完美。但是我交给老师一看，老师开始帮我推演“退出区”的代码时，我当场人就傻了。

第一回合：“完美”避开死锁，却撞上了死锁

我的退出区写的是：先if(sRead == 0)再P(sRead)。这就意味着，只要当前同时有读者在读，sRead肯定大于0，这个if判断就永远为假！那个V(sWrite)压根就执行不到。
这意味着什么？意味着第一个进来的读者拿走了写锁，后面无论多少读者进进出出，写锁再也没人归还了！那写者不就直接被饿死（死锁）了吗？我当时真的是拍大腿，代码确实看着挺对，一跑逻辑全是坑。

第二回合：死锁修好了，又掉进了“并发度”的坑

赶紧改呗！把退出区的顺序调换一下，改成“先减1，再判断”，这样最后一个读者走的时候，sRead变 0 了，就正好能把写锁还回去。
// 退出区（调整了顺序：先减1，再判断） P(sRead); // 先减1 if (sRead == 0) { V(sWrite); } // 再判断是否为0
改完之后我长舒一口气，觉得终于把死锁解决了。我再次兴致勃勃的交给老师看改良版的，结果我又往前一看“进入区”的逻辑：
if(sRead == 0) { P(sWrite); }。
问题又来了。这俩操作根本就不是原子的！假设两个读者同时到达，他俩都在一瞬间看到sRead == 0，然后都去抢这个P(sWrite)锁。最后肯定会有一个读者抢到锁进去了，另一个被死死卡在外面等着。等第一个读完释放了，第二个才能进。
这哪里还是并发读？这简直就是强制大家串行排队啊！死锁是没了，但是并发度直接归零。我终于悟了，解决死锁只是及格线，不损失并发性能才是真本事。

第三回合：病急乱投医，想用“关中断”当外挂

当时我脑子一热，既然判断和加锁这俩动作没法一气呵成，那我动大招吧，把它俩包在“关中断”里面，看你怎么插队！
还好我没真这么写代码，而是直接把想法告诉了老师，发现这想法离谱到家了：
多核CPU直接无效：你关了自己这个CPU核心的中断，别的核心上的进程照样抢资源啊，根本无法保证全局原子性。
用户态根本不让用：关中断是操作系统的底层特权指令。你要是在写的用户程序代码里搞个CLI，程序直接报“非法指令”崩给你看。
副作用大到爆炸：如果真让你关了中断，系统时钟、磁盘读写、网卡中断全停了，只要几毫秒，你自己的系统就先干宕机了。
所以关中断这种操作系统内核的专属手术刀，根本就不是我们写用户态程序该拿的武器。
终极顿悟：老老实实回到教科书
兜了一大圈，我真的服气了。最后老老实实按照正统解法，引入一把mutex锁，老老实实地在锁保护下访问Rcount。
int Rcount = 0; semaphore mutex = 1; // 保护 Rcount semaphore sWrite = 1; // 写者锁 Reader() { P(mutex); if (Rcount == 0) { P(sWrite); } Rcount++; V(mutex); // 读临界区 ... P(mutex); Rcount--; if (Rcount == 0) { V(sWrite); } V(mutex); }
这层mutex锁的精髓就在于：它把“判断if”和“修改Rcount”牢牢捆绑在了一起。在锁的保护下，哪怕是最普通的if也变得绝对安全。