Linux系统编程 | 信号量
大家知道，互斥锁可以用于线程间同步，但是，每次只能有一个线程抢到互斥锁，这样限制了程序的并发行。如果我们希望允许多个线程同时访问同一个资源，那么使用互斥锁是没有办法实现的，只能互斥锁会将整个共享资源锁住，只允许一个线程访问。
这种现象，使得线程依次轮流运行，也就是线程从并行执行变成了串行执行，这样与直接使用单进程无异。
于是，Linux系统提出了信号量的概念。这是一种相对比较折中的处理方式，它既能保证线程间同步，数据不混乱，又能提高线程的并发性。注意，这里提到的信号量，与我们所学的信号没有一点关系，就比如Java与JavaScript没有任何关系一样。
主要应用函数：
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：成功返回0， 失败返回-1，同时设置errno。
细心的读者可能留意到，它们没有pthread前缀，这说明信号量不仅可以用在线程间，也可以用在进程间。
sem_t数据类型，其本质仍是结构体。但是类似于文件描述符一样，我们在应用期间可简单将它看作为整数，而忽略实现细节。
使用方法：sem_t sem; 我们约定，信号量sem不能小于0。使用时，注意包含头文件
类似于互斥锁，信号量也有类似加锁和解锁的操作，加锁使用sem_wait函数，解锁使用sem_post函数。这两个函数有如下特性：
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。
上面提到的对线程的加一减一操作，由于sem_t的实现对用户隐藏，所以这两个操作只能通过函数来实现，而不能直接使用++、--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；
参数说明：
sem：信号量 ；
pshared：取0时，信号量用于线程间同步；取非0（一般为1）时则用于进程间同步；
value：指定信号量初值，而信号量的初值，决定了允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类似；
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
参数说明：
sem：信号量；
abs_timeout：与pthread_cond_timedwait一样，采用的是绝对时间。
用法如下（例如超时时间设为1秒）：
time_t cur = time(NULL); 获取当前时间。
struct timespec t; 定义timespec 结构体变量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
#include
#include
#include
#include
#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则阻塞等待
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则阻塞等待
printf("-Consume---%d\n", queue[i]);
queue[i] = 0; //消费一个产品
sem_post(&blank_number); //消费掉以后,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;
} 运行结果：
原文发布时间为：2018-09-13
本文作者：良许Linux
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