有没有办法在 Linux 上以原子方式刷新 C++ 中的二进制信号量？

Question

一些内核在信号量上提供“flush”操作来解除阻塞等待信号量的所有任务。

例如，VxWorks 有一个semFlush() API，它可以原子地解除所有挂在指定信号量上的任务，即，在允许运行之前，所有任务都会被解除阻塞。

我正在 Linux 上实现一个 C++ 类，它的行为类似于二进制信号量，并且还具有这种“刷新”功能。不幸的是，Linux 上的semaphore.h 不提供类似 API 的 flush() 或 broadcast()。

我的尝试：使用condition variables 实现二进制信号量。 这是我的伪代码：

class BinarySem
{
    BinarySem();

    bool given;
    mutex m;
    condition_var cv;
    give();
    take();
    take( Timeout T );
    tryTake();
    flush();
}

BinarySem::BinarySem()
: given(false)
{}

// take(Timeout T), tryTake() not shown
// to make question concise on StackOverflow

BinarySem::give()
{
    {
        lock_guard lk(m);
        given = true;
    }
    cv.notify_one();
}   

BinarySem::flush()
{
    {
        lock_guard lk(m);
        given = true;
    }
    cv.notify_all();
}

BinarySem::take()
{
    unique_lock lk(m);
    while(!given)
    {
        cv.wait(lk);
    }
    given = false;
    lk.unlock();
}

但是，这个flush() 不会以正确的方式运行。 比如说，我们有 2 个线程在 BinarySem 上等待（即它们都调用了 take()）。 让这些线程成为hiPrioThread 和loPrioThread。

当在BinarySem 对象上调用flush() 时，hiPrioThread 将从take() 退出并运行。 当它产生时（hiPrioThread 只是产生，它还没有退出），loPrioThread 仍然无法运行，因为布尔值 given 现在又是 false。需要布尔值来防止虚假唤醒。

相反，信号量的flush() 函数应该只是解除对所有线程的阻塞，只要有机会它们就可以运行。

如果我没有在take() 的末尾设置given = false 怎么办？这将使我的代码容易受到虚假唤醒的影响，然后当使用 give() 时，多个线程可能会被解除阻塞。

有人有什么建议吗？

Answer 1

从一些“CyclicBarrier”实现中借用一个概念，并有一个生成或循环计数器。

“刷新”信号量然后推进一代。每个接受者在等待之前都会记录下它的世代，接受者会等待信号量为given或以等待世代发生变化：

BinarySem::flush() {
  {
    lock_guard lk(m);
    current_gen++;    // "flush" all waiters from the previous gen
    //given = true;   // No need to give; the 'current' taker will do this when done
  }
  cv.notify_all();
}

BinarySem::take() {
  lock_guard lk(m);
  uint64_t my_generation = current_gen;
  while (!given && my_generation == current_gen) {
    cv.wait(lk);
  }
  if (my_generation == current_gen) {
    given = false;
  }
}

（警告：未经测试）