【设计模式】linux中利用信号量演示生产者与消费者模型

1.简介

linux sem 信号量是一种特殊的变量，访问具有原子性， 用于解决进程或线程间共享资源引发的同步问题。用户态进程对 sem 信号量可以有以下两种操作：

• 等待信号量：当信号量值为 0 时，程序等待；当信号量值大于 0 时，信号量减 1，程序继续运行。
• 发送信号量：将信号量值加 1
  linux 信号量相关函数都声明头文件 semaphore.h 头文件中，所以使用信号量之前需要先包含头文件

2.函数操作

2.1 sem_init

该函数用于创建信号量，其原型如下：

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

该函数初始化由 sem 指向的信号对象，并给它一个初始的整数值 value。pshared 控制信号量的类型，值为 0 代表该信号量用于多线程间的同步，值如果大于 0 表示可以共享，用于多个相关进程间的同步。参数 pshared > 0 时指定了 sem 处于共享内存区域，所以可以在进程间共享该变量。

2.2 sem_wait

int sem_wait(sem_t *sem); 

sem_wait 是一个阻塞的函数，测试所指定信号量的值，它的操作是原子的。若 sem value > 0，则该信号量值减去 1 并立即返回。若sem value = 0，则阻塞直到 sem value > 0，此时立即减去 1，然后返回。

int sem_trywait(sem_t *sem);

sem_trywait 函数是非阻塞的函数，它会尝试获取获取 sem value 值，如果 sem value = 0，不是阻塞住，而是直接返回一个错误 EAGAIN。

2.3 sem_post

把指定的信号量 sem 的值加 1，唤醒正在等待该信号量的任意线程。

int sem_post(sem_t *sem);

2.4 sem_getvalue

int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);

获取信号量 sem 的当前值，把该值保存在 sval，若有 1 个或者多个线程正在调用 sem_wait 阻塞在该信号量上，该函数返回阻塞在该信号量上进程或线程个数。

2.5 sem_destroy

该函数用于对用完的信号量的清理。它的原型如下：

int sem_destroy(sem_t *sem);

成功则返回 0，失败返回 -1

3.生产者消费者模型

/******************************************************************************
* Copyright (C) 2020, 协议森林.
*
* File Name:    producer_consumer_mode.c
* Author:       协议森林
* Date:         2021-2-2
* Description:
-------------------------------------------------------------------------------
功能汇总:
******************************************************************************/
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define N 10

int buf[N];
sem_t empty, full, pmutex, cmutex;
int productID = 0;
int in = 0, out = 0;

void* producer(void *arg)
{
     
    pthread_t *tid = (pthread_t *)arg;
    int i = 0;
    while(i < 10)
    {
     
        sem_wait(&empty);
        sem_wait(&pmutex);
        productID ++;
        buf[in] = productID;
        in = (in+1)%N;
        printf("%s%ld\t%s%d\n", "tid  ", *tid, "生产：", productID);
        sem_post(&pmutex);
        sem_post(&full);
        sleep(0.002);
        i++;
    }
    return NULL;
}

void* consumer(void *arg)
{
     
    pthread_t *tid = (pthread_t *)arg;
    int i = 0;
    while(i < 10)
    {
     
        sem_wait(&full);
        sem_wait(&cmutex);
        printf("%s%ld\t%s%d\n", "tid  ", *tid, "消费：", buf[out]);
        out = (out+1)%N;
        sem_post(&cmutex);
        sem_post(&empty);
        sleep(0.003);
        i++;
    }
    return NULL;
}

int main()
{
     
    sem_init(&empty, 0, N);
    sem_init(&full, 0, 0);
    sem_init(&pmutex, 0, 1);
    sem_init(&cmutex, 0, 1);

    pthread_t pro1;
    pthread_t con1;
    pthread_create(&pro1, NULL, producer, &pro1);
    pthread_create(&con1, NULL, consumer, &con1);
    pthread_join(pro1, NULL);
    pthread_join(con1, NULL);

    sem_destroy(&empty);
    sem_destroy(&full);
    sem_destroy(&pmutex);
    sem_destroy(&cmutex);
    return 0;
}

4.加入讨论

5.参考博文

1.linux 多线程之信号量 sem_init
2.生产者消费者问题模拟(Linux C)