關於<輸送量，延遲> & <訊號量和互斥鎖>的比喻區分

這篇比喻是我在網上看到的，覺得比晦澀難懂的術語容易理解很多，所以轉載。出處是輕鬆理解輸送量與延遲，訊號量與互斥鎖 1輸送量和延遲

第一比喻是關於輸送量（throughput）和延遲（latency）的。如果你要搞網路效能最佳化，這兩個概念是你必須要知道的，它們看似簡單實則不是。我相信包括我在內的很多人都曾經認為大的輸送量就意味著低延遲，高延遲就意味著輸送量變小。下面的比喻可以解釋這種觀點根本不對。該比喻來自這裡，我來做個大體意譯（非逐字翻譯）。

我們可以把網路發送資料包比喻成去街邊的 ATM 取錢。每一個人從開始使用 ATM 到取錢結束整個過程都需要一分鐘，所以這裡的延遲是60秒，那輸送量呢。當然是 1/60 人/秒。現在銀行升級了他們的 ATM 機作業系統，每個人只要30秒就可以完成取款了。延遲是 30秒，輸送量是 1/30 人/秒。很好理解，可是前面的問題依然存在對不對。別慌，看下面。

因為這附近來取錢的人比較多，現在銀行決定在這裡增加一台 ATM 機，一共有兩台 ATM 機了。現在，一分鐘可以讓4個人完成取錢了，雖然你去排隊取錢時在 ATM 機前還是要用 30 秒。也就是說，延遲沒有變，但輸送量增大了。可見，輸送量可以不用通過減小延遲來提高。

好了，現在銀行為了改進服務又做出了一個新的決定：每個來取錢的客戶在取完錢之後必須在旁邊填寫一個調查問卷，用時也是30秒。那麼，現在你去取錢的話從開始使用 ATM 到完成調查問卷離開的時間又是 60 秒了。換句話說，延遲是60秒。而輸送量根本沒變。一分鐘之內還是可以進來4個人。可見，延遲增加了，而輸送量沒有變。

從這個比喻中我們可以看出，延遲測量的是每個客戶（每個應用程式）感受到的時間長短，而輸送量測量的是整個銀行（整個作業系統）的處理效率，是兩個完全不同的概念。用作者的原話說是：

In short, the throughput is a function of how many stages are in parallel while latency is a function of how many are in series when there are multiple stages in the processing. The stage with the lowest throughput determines the overall throughput.

正如銀行為了讓客戶滿意不光要提高自身的辦事效率外，還要盡量縮短客戶在銀行辦事所花的時間一樣，作業系統不光要盡量讓網路輸送量大，而且還要讓每個應用程式發送資料的延遲盡量小。這是兩個不同的目標。 2訊號量和互斥鎖

另外一個比喻是解釋訊號量（semaphore）和互斥鎖（mutex）的區別。該比喻最初來自這裡，我先翻譯一下，然後對它做個改進。

互斥鎖是一把公用廁所的鑰匙。一個人使用廁所的時候可以拿到這把鑰匙，用完之後把這把鑰匙交給排隊的下一個人。

訊號量是沒有人使用的廁所的鑰匙數量，所有廁所的鑰匙都一樣。比如有4個廁所有相同的鑰匙和鎖。訊號量的值就是鑰匙的數量，一開始是4。當進來一個人的時候數量就是少一個，如果4個廁所都滿了，訊號量就成0了，出去一個人就增加1，並把鑰匙交給排隊的下一個人。

這個比喻並不是太好，尤其是它無法解釋二元（binary）訊號量和互斥鎖的區別。我把這個比喻做了改進。互斥鎖的比喻還是和上面一樣，需要指出的是，當你拿到那把鑰匙的時候你就是它的擁有者（owner），別人是無法開啟廁所門的。

而訊號量到底是什麼呢。它就是一個大的公用廁所，裡面有若干個位置，外面的大門口有一個可以翻動牌子寫著“已滿”和“可用”，當裡面還有空的位置的時候，進去的人不用翻動這個牌子，直到沒有位置時最後一個進去的人必須把它設成“已滿”，這時後面的人必須排隊等候，然後出去的人必須把牌子翻到“可用”，如果需要的話。

很好理解對嘛。那麼它怎麼解釋二元訊號量呢。也就是當這個廁所裡面只能容納一個人的時候，每個人進去的時候都要把門口的牌子翻到“已滿”，出去的時候翻到“可用”。它和互斥鎖的區別馬上就可以看出來了，翻動的牌子在外面可以被別人翻的，而鎖住的鎖只有拿鑰匙的人才可以開。

當然了，訊號量之所以翻譯成“訊號”，還是有道理的，因為它（廁所門口的牌子）標示的是資源（廁所空位）的狀態，而互斥鎖就是鎖，它實實在在地鎖住了資源。這在生產者消費者的情況下區別更明顯。