本文主要內容：

• 管程（Monitor）介紹
• 管程實現
• 管程應用

一、管程（Monitor）介紹

1.1 管程

前一篇文章介紹了信號量以及使用，信號量已經提供了一個方便且高效的進程同步機制，但是信號量有個缺點就是每次都需要程式員專門的去調用PV操作，如果程式員由於大意調用錯了PV操作，比如該調用P操作的時候卻調用了V操作，該針對X信號量調用P操作，卻對Y信號量調用了P操作。這種錯誤是非常危險的，因為進程同步的問題不是每次都能重現，比如前面的錯誤在測試環境可能不會出現錯誤，但是到了生產環境就有可能出現，且無法重現。

為瞭解決上述問題，引入了管程（Monitor），信號量是操作系統層面的結構，管程是一個程式結構，由編程語言封裝，最終由編譯器：

• 一個管程定義了一個數據結構和能夠併發進程所執行的一組操作，這組操作能同步進程和改變管程中的數據
• 進程可以調用管程的操作，但是不能訪問管程的內部數據結構
• 它表示一個對象自己維護自己的狀態，並且能夠根據自身狀態來同步併發的線程操作，而不是把這種同步的手段交給調用者來處理。
• 管程保證同一時間只有一個進程處在管程內部的方法內

monitor MonitorName
{
    //shared variable declarations
    procedure P1(...)
    {

    }
    procedure P2(...)
    {
    
    }

    procedure P3(...)
    {
    
    }

    procedure PN(...)
    {
    
    }

    initialization code(...)
    {

    }
}

1.2 條件（Condition variables）

只有管程是不夠的，在生產者消費者的例子中，當發現buffer中如果已經沒有item的時候，消費者如何block自己呢？介於這個原因，又引入了條件變數（Condition Variables）。條件變數同時提供了兩個方法：P以及V用於block和unblock。

二、管程實現

管程通過隊列來跟蹤那些嘗試著想訪問管程的進程，為了排他訪問，管程必須得有一個鎖，訪問管程的進程會得到這個鎖，其他嘗試訪問管程的進程就得block。被block的進程會被放入隊列，等待被unblock。

管程的實現中有如下的隊列：

1. 進入隊列（Entry Queue），保存嘗試從外部訪問管程程式的進程，每個管程至少有一個進入隊列
2. 被喚醒的隊列（Signaller Queue），保存剛剛執行了V操場的進程（signal）
3. 等待隊列（Waiting Queue），保存剛剛被V操作喚醒的進程
4. 條件變數隊列（Condition Variable Queue），保存剛剛執行了條件變數Wait（P）操作的進程

三、管程應用

 上一篇文章針對哲學家用餐給出的解決方案有個問題：當所有哲學家同時拿起筷子想吃飯的時候就會發生死鎖，所有哲學家都會一直處於等待狀態。本文用管程給出瞭解決方案，哲學家吃飯得滿足的條件：

1. 哲學家餓（hungry）
2. 哲學家的左右鄰居都沒有吃飯

如果滿足上麵條件，則哲學家便可以拿起筷子進行用餐，否則哲學家就得等待

monitor dp
{
   enum {thinking, hungry, eating} state[5];
   condition self[5];

   void pickup(int i) {
      state[i] = hungry;
      test(i);
      if (state[i] != eating)
         self[i].wait();//P操作
   }

   void putdown(int i) {
      state[i] = thinking;
      test( (i+4)%5 );
      test( (i+1)%5 );
   }

   void test(int i) {
      if ((state[(i+4)%5] != eating) &&
          (state[i] == hungry) &&
          (state[(i+1)%5] != eating)) {
         state[i] = eating;
         self[i].signal();//V操作
      }
   }

   void init() {
      for (int i = 0; i < 5; i++)
         state[i] = thinking;
   }
}

Condition Self代表五個哲學家，當不能吃時候進行wait。

db.pickup(i);//找筷子
...
eating//吃
...
dp.putdown(i);//放下筷子

管程更多的是對資源的併發訪問做了一次封裝，感覺有很多OO編程的思想，直接用信號量的話，各種控制會很發散，當然容易出錯，信號量本事是沒有問題的。但是使用容易出錯。且由於散髮在多出，出問題不好排查，也不好修複。

管程是一種編程思想，這種思想就是封裝，並且有DRY的感覺。