多线程编程---信号量

信号量也就是操作系统中所用到的 PV 原子操作，它广泛用于进程或线程间的同步与互斥。
信号量本质上是一个非负的整数计数器，它被用来控制对公共资源的访问。
PV原子操作的工作原理:
PV原子操作是对整数计数器信号量sem的操作。一次P操作使sem减一，而一次V操作使sem加一。
进程（或线程）根据信号量的值来判断是否对公共资源具有访问权限。当信号量sem的值大于等于零时，该进程（或线程）具有公共资源的访问权限；相反，当信号量sem的值小于零时，该进程（或线程）就将阻塞直到信号量sem的值大于等于0为止。 

PV 原子操作主要用于进程或线程间的同步和互斥这两种典型情况。若用于互斥，几个进程（或线程）往往只设置一个信号量 sem，当信号量用于同步操作时，往往会设置多个信号量，并安排不同的初始值来实现它们之间的顺序执行，

    信号量互斥操作                                                                       信号量同步操作

函数说明。 
Linux 实现了 POSIX 的无名信号量，主要用于线程间的互斥与同步。这里主要介绍几个常见函数。  
sem_init()用于创建一个信号量，并初始化它的值。  
sem_wait()和 sem_trywait()都相当于 P 操作，在信号量大于零时它们都能将信号量的值减一，两者的区别在于若信号量小于零时，sem_wait()将会阻塞进程，而 sem_trywait()则会立即返回。  
sem_post()相当于 V 操作，它将信号量的值加一同时发出信号来唤醒等待的进程。 
sem_getvalue()用于得到信号量的值。 
sem_destroy()用于删除信号量。

demo1: 用信号量同步机制实现3个线程之间的有序执行，只是执行顺序是跟创建线程的顺序相反，具体代码思路是让3个线程重用同一个执行函数。每个线程都有三次循环（可以看成3个小任务），每次循环之间等待1~10s的时间，意义在于模拟每个任务的到达时间是随机的，没有任何特定的规律。

#include
#include
#include
#include

#define THREAD_NUMBER      3
#define REPEAT_NUMBER      3
#define DELAY_TIME_LEVELS  10.0

//定义一个信号量数组 设置多个信号量用于线程的同步操作
sem_t sem[THREAD_NUMBER];

void *thrd_func(void *arg)
{
	int thrd_num = (int)arg;
	int delay_time = 0;
	int count = 0;
	
	sem_wait(&sem[thrd_num]);//相当信号量大于0时减一，信号量小于0时阻塞线程
	
	printf("Thread %d is starting\n", thrd_num);
	
	for(count = 0; count < REPEAT_NUMBER; count++)
	{
		//模拟循环等待时间
		delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)) + 1;
		
		sleep(delay_time);
		
		printf("Thread %d: job %d delay = %d\n", thrd_num, count, delay_time);
	}
	
	printf("Thread %d finished\n", thrd_num);
	
	pthread_exit(NULL);
}

int main(void)
{
	pthread_t thread[THREAD_NUMBER];
	int no = 0, res;
	void* thrd_ret;
	
	srand(time(NULL));
	
	for(no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)
	{
		sem_init(&sem[no], 0, 0);//用于创建一个信号量，并初始化它的值
		res = pthread_create(&thread[no], NULL, thrd_func, (void*)no);
		
		if(res != 0)
		{
			printf("Create thread %d failed\n", no);
			
			exit(res);
		}
	}

	printf("Create treads success\n Wating for threads to finish...\n");
	
	//将信号量的值加一同时发出信号来唤醒等待的进程
	sem_post(&sem[THREAD_NUMBER - 1]);
	
	for(no = THREAD_NUMBER - 1; no >= 0; no--)
	{
		res = pthread_join(thread[no], &thrd_ret);//阻塞等待线程结束
		if(!res)
		{
			printf("Thread %d joined\n", no);
		}
		else
		{
			printf("Thread %d join fail\n", no);
		}
		//相当于V操作，它将信号量的值加1同时发出信号唤醒等待的线程
		sem_post(&sem[(no + THREAD_NUMBER - 1) % THREAD_NUMBER]);
	}
	
	for(no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)
	{
		sem_destroy(&sem[no]);//删除信号量
	}
	
	
	return 0;
}

运行效果截图：