semaphore

前言

信号量的概念是狄克斯特拉提出的，他定义了PV原语，P操作即等待通过（wait），V操作表示释放（post），之所以叫做P,V，是因为狄克斯特拉是用荷兰文定义的，P是passeren，V是vrijgeven；

本文重点描述了POSIX标准下的信号量使用。
信号量本质上是一个计数器，表征资源可用数量。大于0时资源可访问，小于等于0时，资源不可访问，线程只能等待；

sem_t

定义在semaphore.h头文件中，其定义如下：

typedef struct {
  unsigned int count;
#ifdef __LP64__
  int __reserved[3];
#endif
} sem_t;

由以上代码可见，sem_t是一个struct，在32bit程序中，内部只有一个unsigned int数据count。

sem_t相关的操作如下：

int sem_destroy(sem_t* __sem);
int sem_getvalue(sem_t* __sem, int* __value);
int sem_init(sem_t* __sem, int __shared, unsigned int __value);
int sem_post(sem_t* __sem);
int sem_timedwait(sem_t* __sem, const struct timespec* __ts);
int sem_trywait(sem_t* __sem);
int sem_wait(sem_t* __sem);

sem_init

这个函数在Mac OSX下标记为deprecated，在mac下应当使用sem_open();
初始化信号量，包含3个参数，分别是信号量指针，共享模式，value初始值，分别解释下：

__sem: 要初始化的信号量指针
__shared: 若为0，表示进程内私有，只能进程内多线程共享，若不为0，表示可以进程间共享（有说法不为0可能造成函数调用失败，属于无名信号量，待验证）
__value: 信号量的初值

sem_wait

阻塞当前线程，直到信号量的值大于0，接触阻塞后将信号量的值减1，表示公共资源使用后减少；
是一个原子操作；

sem_post

该线程会释放资源，使信号量的值加1；当有某个线程等待这个信号量时，该线程即可以运行，并且将将信号量的值减1（参见sem_wait）；

sem_destroy

销毁信号量, 这个函数在Mac OSX下标记为deprecated，在mac下应当使用sem_close();

注意

在Mac OSX中，创建信号量和销毁信号量应当用sem_open和sem_close；并且创建的是有名信号量，即信号量以文件的方式存在，可以跨进程调用。

sem_open

sem_t * sem_open(const char *, int, ...);

sem_close

int sem_close(sem_t *);

sem_unlink

int sem_unlink(const char *);

sem_unlink的作用是删除已存在的信号量，注意有名信号量在程序结束后可能依然存在，所以需要调用sem_unlink手动删除；

举一个

在以下例子中，子线程作为数据生产者，会更新num；而主线程则作为数据消费者，读取num；

#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char** argv) {
    // initialize semaphore
    sem_unlink("sem_num");
    sem_t* m_sem = sem_open("sem_num", O_CREAT|O_EXCL, S_IRWXU, 0);

    int num = 0;

    std::thread write_th([&]() -> void {
        for(size_t i = 0; i < 100000; ++i) {
            num += 1;
        }
        std::cout << "from write th, num is: " << num << std::endl;
        sem_post(m_sem);
    });

    sem_wait(m_sem);
    std::cout << "from read th, num is: " << num << std::endl;
    
    sem_close(m_sem);

    write_th.join();

    return 0;
}

一些思考

1）当初始化sem_t的初值不为0，如给5，表示的意义，及应用场景

能否通过信号量实现一定意义上的线程调度？比如控制一定数量的线程运行和阻塞？可实现线程池（将task队列作为资源，task的数量即为信号量的数值，当线程执行一个任务时，需要wait信号量，即若有任务，则执行，并将信号量减1，否则阻塞等待）

2）semaphore与condition variable有类似之处，两种异同

3）信号量是否适合一个生产者多个消费者的场景？
我的观点是信号量不太适合，虽然也可以做（方法是将消费者看做资源，消费者数量为信号量数值，通知了一个消费者，则将信号量减1，否则等待消费者，优点别扭）；这种场合更适合用条件变量去做；