【多线程】使用信号量进行同步
p操作和v操作是不可中断的程序段，称为原语。P,V原语中P是荷兰语的Passeren，相当于英文的pass, V是荷兰语的Verhoog,相当于英文中的incremnet。
且在P,V愿语执行期间不允许有中断的发生。
首先应弄清PV操作的含义：PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程），对信号量进行操作，具体定义如下：
P（S）：①将信号量S的值减1，即S=S-1；②如果S>=0，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。
V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1；②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。
PV操作的意义：我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。
什么是信号量？信号量（semaphore）的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该 信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。注意，信号量的值仅能由PV操作来改变。
一般来说，信号量S>=0时，S表示可用资源的数量。执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源，因此S的值减1；
当S<0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S的值加1；
若S<=0，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。
对信号量有4种操作(include<semaphore>)：
1. 初始化（initialize），int set_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);//第二参数为0表示进程间不共享
2. 等信号（wait），int sem_wait(sem_t *sem);//信号量大于1时，减一并返回；小于1时线程阻塞。
3. 给信号（signal）int sem_post（sem_t *sem）;//信号量加一
4. 清理（destory） int sem_destory(sem_t *sem);
使用信号量实现生产者-消费者例子：
#define BUFFER_SIZE 16 // 缓冲区数量
struct prodcons
{
// 缓冲区相关数据结构
int buffer[BUFFER_SIZE]; /* 实际数据存放的数组*/
int readpos, writepos; /* 读写指针*/
sem_t empty; /* 缓冲区非空的条件变量 */
sem_t occupied; /* 缓冲区未满的条件变量 */
sem_t s_put;/*输入互斥信号量*/
sem_t s_take;/*取出互斥信号量*/
};
/* 初始化缓冲区结构 */
void init(struct prodcons *b)
{
b->readpos = 0;
b->writepos = 0;
sem_init(&b->empty,0,BUFFER_SIZE);
sem_init(&b->occupied,0,0);
sem_init(&b->s_put,0,1);//二进制信号量，相当于互斥锁
sem_init(&b->s_take,0,1);
}
/* 将产品放入缓冲区,这里是存入一个整数*/
void put(struct prodcons *b, int data)
{
/*查看空位信号量，是否可以放入产品*/
sem_wait(&b->empty);
/*查看是否有其他线程正在放入,同一时刻只能一个线程放入*/
sem_wait(&b->s_put);
/* 写数据,并移动指针 */
b->buffer[b->writepos] = data;
b->writepos++;
if (b->writepos >= BUFFER_SIZE)
b->writepos = 0;
sem_post(&b->s_put);//解除互斥
sem_post(&b->occupied);//放入完成，被占位置信号量加一
}
/* 从缓冲区中取出整数*/
int get(struct prodcons *b)
{
int data;
/*查看被占信号量，是否有产品可以拿出*/
sem_wait(&b->occupied);
/*查看是否有其他线程正在拿出,同一时刻只能一个线程拿出*/
sem_wait(&b->s_take);
/* 读数据,移动读指针*/
data = b->buffer[b->readpos];
b->readpos++;
if (b->readpos >= BUFFER_SIZE)
b->readpos = 0;
sem_post(&b->s_take);//解除互斥
sem_post(&b->empty);//拿出完成，被空位信号量加一
return data;
}
/* 测试:生产者线程将1 到100 的整数送入缓冲区,消费者线
程从缓冲区中获取整数,两者都打印信息*/
#define OVER ( - 1)
struct prodcons buffer;
void *producer(void *data)
{
int n;
for (n = 0; n < 100; n++)
{
printf("%d --->\n", n);
put(&buffer, n);
} put(&buffer, OVER);
return NULL;
}
void *consumer(void *data)
{
int d;
while (1)
{
d = get(&buffer);
if (d == OVER)
break;
printf("--->%d \n", d);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
pthread_t th_a, th_b;
void *retval;
init(&buffer);
/* 创建生产者和消费者线程*/
pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0);
pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0);
/* 等待两个线程结束*/
pthread_join(th_a, &retval);
pthread_join(th_b, &retval);
return 0;
}
互斥锁和信号量的区别：
互斥锁：
互斥锁是一种保护机制。上锁后其他线程不能进入保护区域的代码，直到锁被释放。
信号量：
信号量是一种同步机制。信号量的值代表可用的资源数目，当值大于0代表有可用资源，则允许继续操作，否则线程阻塞，等待可用资源。
当可用资源是1时，信号量与互斥锁基本没区别，都起保护作用。当资源数大于1，则当信号量大于0时线程都可进行操作。如果资源大于1时使用互斥锁，则就算资源数大于1时，也只能有一个线程进入操作，其余线程必须阻塞。
信号量可用于进程通信和线程通信，而互斥锁只能用于线程通信。
但是还是觉得互斥锁就可以认为是信号量的特例。
现在有种突然明白什么是利用信号量进行多线程同步的含义了。