关于linux:Linux系统编程信号量

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大家晓得,互斥锁能够用于线程间同步,然而,每次只能有一个线程抢到互斥锁,这样限度了程序的并发行。如果咱们心愿容许多个线程同时拜访同一个资源,那么应用互斥锁是没有方法实现的,只能互斥锁会将整个共享资源锁住,只容许一个线程拜访。

这种景象,使得线程顺次轮流运行,也就是线程从并行执行变成了串行执行,这样与间接应用单过程无异。

于是,Linux 零碎提出了信号量的概念。这是一种绝对比拟折中的解决形式,它既能保障线程间同步,数据不凌乱,又能进步线程的并发性。留神,这里提到的信号量,与咱们所学的信号没有一点关系,就比方 Java 与 JavaScript 没有任何关系一样。

次要利用函数:

​ sem_init 函数
​ sem_destroy 函数
​ sem_wait 函数
​ sem_trywait 函数
​ sem_timedwait 函数
​ sem_post 函数
以上 6 个函数的返回值都是:胜利返回 0,失败返回 -1,同时设置 errno。

仔细的读者可能留意到,它们没有 pthread 前缀,这阐明信号量不仅能够用在线程间,也能够用在过程间。

sem_t 数据类型,其本质仍是构造体。然而相似于文件描述符一样,咱们在利用期间可简略将它看作为整数,而疏忽实现细节。

应用办法:sem_t sem; 咱们约定,信号量 sem 不能小于 0。应用时,留神蕴含头文件 <semaphore.h>。

相似于互斥锁,信号量也有相似加锁和解锁的操作,加锁应用 sem_wait 函数,解锁应用 sem_post 函数。这两个函数有如下个性:

  1. 调用 sem_post 时,如果信号量大于 0,则信号量减一;
  2. 当信号量等于 0 时,调用 sem_post 时将造成线程阻塞;
  3. 调用 sem_post 时,将信号量加一,同时唤醒阻塞在信号量上的线程。

下面提到的对线程的加一减一操作,因为 sem_t 的实现对用户暗藏,所以这两个操作只能通过函数来实现,而不能间接应用 ++、– 符号来操作。

sem_init 函数

函数原型:
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

函数作用:
初始化一个信号量;

参数阐明:
sem:信号量;
pshared:取 0 时,信号量用于线程间同步;取非 0(个别为 1)时则用于过程间同步;
value:指定信号量初值,而信号量的初值,决定了容许同时占用信号量的线程的个数。

sem_destroy 函数

函数原型:
int sem_destroy(sem_t *sem);

函数作用:
销毁一个信号量

sem_wait 函数

函数原型:
int sem_wait(sem_t *sem);

函数作用:
给信号量值加一

sem_post 函数

函数原型:
int sem_post(sem_t *sem);

函数作用:
给信号量值减一

sem_trywait 函数

函数原型:
int sem_trywait(sem_t *sem);

函数作用:
尝试对信号量加锁,与 pthread_mutex_trylock 相似;

sem_timedwait 函数

函数原型:
int sem_timedwait(sem_t sem, const struct timespec abs_timeout);

函数作用:
限时尝试对信号量加锁

参数阐明:
sem:信号量;
abs_timeout:与 pthread_cond_timedwait 一样,采纳的是相对工夫。

用法如下(例如超时工夫设为 1 秒):

time_t cur = time(NULL); 获取以后工夫。
struct timespec t; 定义 timespec 构造体变量 t
t.tv_sec = cur+1; 定时 1 秒
t.tv_nsec = t.tv_sec +100;
sem_timedwait(&sem, &t); 传参

生产者消费者信号量模型

/* 信号量实现 生产者 消费者问题 */

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>

#define NUM 5               

int queue[NUM];                                     // 全局数组实现环形队列
sem_t blank_number, product_number;                 // 空格子信号量, 产品信号量

void *producer(void *arg)
{
    int i = 0;

    while (1) {sem_wait(&blank_number);                    // 生产者将空格子数 --, 为 0 则阻塞期待
        queue[i] = rand() % 1000 + 1;               // 生产一个产品
        printf("----Produce---%d\n", queue[i]);        
        sem_post(&product_number);                  // 将产品数 ++

        i = (i+1) % NUM;                            // 借助下标实现环形
        sleep(rand()%3);
    }
}

void *consumer(void *arg)
{
    int i = 0;

    while (1) {sem_wait(&product_number);                  // 消费者将产品数 --, 为 0 则阻塞期待
        printf("-Consume---%d\n", queue[i]);
        queue[i] = 0;                               // 生产一个产品 
        sem_post(&blank_number);                    // 生产掉当前, 将空格子数 ++

        i = (i+1) % NUM;
        sleep(rand()%3);
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    pthread_t pid, cid;

    sem_init(&blank_number, 0, NUM);                // 初始化空格子信号量为 5
    sem_init(&product_number, 0, 0);                // 产品数为 0

    pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);

    pthread_join(pid, NULL);
    pthread_join(cid, NULL);

    sem_destroy(&blank_number);
    sem_destroy(&product_number);

    return 0;
}

运行后果:

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