面试题：并发与同步之优化同步机制基础

Question

在操作系统中，常用的同步机制有信号量、互斥锁等。请简述信号量与互斥锁的区别，并举例说明在何种场景下使用信号量能优化系统效率。

Answer 1

区别

1. 本质：
   • 互斥锁：是一种特殊的二元信号量，值只能是0或1，用于实现对临界区的互斥访问，保证同一时间只有一个线程能进入临界区。
   • 信号量：其值可以是任意非负整数，通过计数器来控制同时访问资源的线程数量。
2. 功能侧重：
   • 互斥锁：主要解决“互斥”问题，确保多线程环境下临界资源不被同时访问。
   • 信号量：更侧重于“同步”，协调线程对共享资源的访问数量。
3. 使用场景：
   • 互斥锁：适用于同一时刻只允许一个线程访问临界资源的场景。
   • 信号量：适用于同一时刻允许一定数量线程访问共享资源的场景。

优化场景举例

假设有一个网络服务器，同时能处理的最大连接数为10个（即共享资源数量为10）。如果使用互斥锁，那么同一时刻只能有一个客户端连接进来，这会极大浪费服务器资源，因为服务器本身有能力处理10个连接。而使用信号量，将信号量初始值设为10，当有客户端连接时，信号量值减1，当客户端断开连接，信号量值加1 。这样，最多可以有10个客户端同时连接到服务器，充分利用了服务器的处理能力，优化了系统效率。