线程被信号量唤醒后从何处返回执行？信号量执行逻辑答疑

核心认知偏差说明 #

你之前记忆的信号量操作逻辑存在关键错误，这是所有推演矛盾的根源。P、V操作都是不可分割的原子操作，正确逻辑如下：

• P(sem)执行逻辑：
  原子判断信号量值，若值大于0则将值减1后直接返回，线程继续执行后续代码；若值为0，将当前线程加入信号量的等待队列，线程在当前P调用位置阻塞。注意：线程阻塞在P操作上时，相当于已经提交了配额申请，后续释放的配额会优先分配给等待队列中的线程。
• V(sem)执行逻辑：
  原子判断信号量等待队列，若队列非空，直接从队列中取出一个等待线程唤醒，不额外增加信号量计数值（相当于把当前释放的配额直接转交给被唤醒线程）；若等待队列为空，才将信号量值加1。

关于阻塞返回位置可以明确：线程在哪个P调用位置阻塞，被唤醒后就直接从该P调用的下一条语句继续执行——唤醒动作本身就代表这个阻塞的P操作已经成功获取了信号量配额，不需要重新执行该P操作，也不会跳转到其他代码位置。

之前推演的矛盾来源 #

你之前假设V操作会先把信号量值加1，再判断是否唤醒线程，且阻塞的P操作没有完成配额扣减，这个错误逻辑才会导致“信号量累加到2”的问题。在正确语义下，P操作的配额申请和V操作的配额释放，在有等待线程时是直接交接的，不会出现计数错误：

以标准P-临界区-V范式为例：线程A卡在P(s)位置时s=0，线程B执行V(s)时发现有等待线程，直接唤醒A，s值保持0不变；A被唤醒后直接进入临界区，退出时执行V(s)，此时若无其他等待线程，s值加为1，整个流程计数完全正确，不存在累加错误。

代码场景的正确执行流程与输出 #

初始状态：信号量s=0、m=1，thread1循环执行function1，thread2循环执行function2。

1. 无论线程启动顺序如何，thread1第一次进入循环执行第一个P(s)时，s初始值为0，必然会在第一个P(s)位置阻塞，加入s的等待队列。
2. thread2进入循环执行P(m)：m初始值为1，减为0后返回，打印字符b；执行V(m)时m无等待线程，m值加回1；执行V(s)时发现s等待队列有阻塞的thread1，直接唤醒thread1，s值保持0不变。
3. thread1被唤醒，从第一个P(s)的下一句也就是第二个P(s)开始执行：此时s值为0，thread1在第二个P(s)位置再次阻塞，加入s的等待队列。
4. thread2完成第一次循环后回到循环开头，再次执行P(m)：m值为1，减为0后返回，打印第二个b；执行V(m)将m值加回1；执行V(s)时发现s等待队列有卡在第二个P(s)的thread1，直接唤醒thread1，s值依然保持0不变。
5. thread1被唤醒，从第二个P(s)的下一句开始执行：执行P(m)将m从1减为0，打印字符a；执行V(m)将m值加回1，回到while循环开头，再次遇到第一个P(s)，因s值为0第三次阻塞。
6. 后续流程完全重复上述步骤：thread2每打印2次b，thread1才能依次通过两个P(s)阻塞点，打印1次a。

最终程序输出不存在随机顺序，固定为bbabbabba...的模式，既不会出现乱序的a、b混合，也不会只输出b。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者eh-chwi