关于linux:Linux系统编程信号量

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：

调用 sem_post 时，如果信号量大于 0，则信号量减一；
当信号量等于 0 时，调用 sem_post 时将造成线程阻塞；
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。

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。

函数原型：
int sem_destroy(sem_t *sem);

函数作用：
销毁一个信号量

函数原型：
int sem_wait(sem_t *sem);

函数作用：
给信号量值加一

函数原型：
int sem_post(sem_t *sem);

函数作用：
给信号量值减一

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；

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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