Linux系統(tǒng)編程—信號量
大家知道，互斥鎖可以用于線程間同步，但是，每次只能有一個線程搶到互斥鎖，這樣限制了程序的并發(fā)行。如果我們希望允許多個線程同時訪問同一個資源，那么使用互斥鎖是沒有辦法實現(xiàn)的，只能互斥鎖會將整個共享資源鎖住，只允許一個線程訪問。
這種現(xiàn)象，使得線程依次輪流運行，也就是線程從并行執(zhí)行變成了串行執(zhí)行，這樣與直接使用單進程無異。
于是，Linux系統(tǒng)提出了信號量的概念。這是一種相對比較折中的處理方式，它既能保證線程間同步，數(shù)據(jù)不混亂，又能提高線程的并發(fā)性。注意，這里提到的信號量，與我們所學的信號沒有一點關系，就比如Java與JavaScript沒有任何關系一樣。
主要應用函數(shù)：
- sem_init函數(shù)
- sem_destroy函數(shù)
- sem_wait函數(shù)
- sem_trywait函數(shù)
- sem_timedwait函數(shù)
- sem_post函數(shù)
以上6 個函數(shù)的返回值都是：成功返回0， 失敗返回-1，同時設置errno。
細心的讀者可能留意到，它們沒有pthread前綴，這說明信號量不僅可以用在線程間，也可以用在進程間。
sem_t數(shù)據(jù)類型，其本質(zhì)仍是結構體。但是類似于文件描述符一樣，我們在應用期間可簡單將它看作為整數(shù)，而忽略實現(xiàn)細節(jié)。
使用方法：sem_t sem; 我們約定，信號量sem不能小于0。使用時，注意包含頭文件 。
類似于互斥鎖，信號量也有類似加鎖和解鎖的操作，加鎖使用sem_wait函數(shù)，解鎖使用sem_post函數(shù)。這兩個函數(shù)有如下特性：
- 調(diào)用sem_post時，如果信號量大于0，則信號量減一;
- 當信號量等于0時，調(diào)用sem_post時將造成線程阻塞;
- 調(diào)用sem_post時，將信號量加一，同時喚醒阻塞在信號量上的線程。
上面提到的對線程的加一減一操作，由于sem_t的實現(xiàn)對用戶隱藏，所以這兩個操作只能通過函數(shù)來實現(xiàn)，而不能直接使用++、--符號來操作。
##sem_init函數(shù)
- 函數(shù)原型： int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
- 函數(shù)作用： 初始化一個信號量;
- 參數(shù)說明： sem：信號量 ; pshared：取0時，信號量用于線程間同步;取非0(一般為1)時則用于進程間同步; value：指定信號量初值，而信號量的初值，決定了允許同時占用信號量的線程的個數(shù)。
##sem_destroy函數(shù)
- 函數(shù)原型： int sem_destroy(sem_t *sem);
- 函數(shù)作用： 銷毀一個信號量
##sem_wait函數(shù)
- 函數(shù)原型： int sem_wait(sem_t *sem);
- 函數(shù)作用： 給信號量值加一
##sem_post函數(shù)
- 函數(shù)原型： int sem_post(sem_t *sem);
- 函數(shù)作用： 給信號量值減一
##sem_trywait函數(shù)
- 函數(shù)原型： int sem_trywait(sem_t *sem);
- 函數(shù)作用： 嘗試對信號量加鎖，與pthread_mutex_trylock類似;
##sem_timedwait函數(shù)
- 函數(shù)原型： int sem_timedwait(sem_t sem, const struct timespec abs_timeout);
- 函數(shù)作用： 限時嘗試對信號量加鎖
- 參數(shù)說明： sem：信號量; abs_timeout：與pthread_cond_timedwait一樣，采用的是絕對時間。
用法如下(例如超時時間設為1秒)：
- time_t cur = time(NULL);
- 獲取當前時間。 struct timespec t;
- 定義timespec 結構體變量t t.tv_sec = cur+1;
- 定時1秒 t.tv_nsec = t.tv_sec +100;
- sem_timedwait(&sem, &t);
- 傳參
生產(chǎn)者消費者信號量模型：
- /*信號量實現(xiàn) 生產(chǎn)者 消費者問題*/
- #include <stdlib.h>
- #include <unistd.h>
- #include <pthread.h>
- #include <stdio.h>
- #include <semaphore.h>
- #define NUM 5
- int queue[NUM]; //全局數(shù)組實現(xiàn)環(huán)形隊列
- sem_t blank_number, product_number; //空格子信號量, 產(chǎn)品信號量
- void *producer(void *arg)
- {
- int i = 0;
- while (1) {
- sem_wait(&blank_number); //生產(chǎn)者將空格子數(shù)--,為0則阻塞等待
- queue[i] = rand() % 1000 + 1; //生產(chǎn)一個產(chǎn)品
- printf("----Produce---%d\n", queue[i]);
- sem_post(&product_number); //將產(chǎn)品數(shù)++
- i = (i+1) % NUM; //借助下標實現(xiàn)環(huán)形
- sleep(rand()%3);
- }
- }
- void *consumer(void *arg)
- {
- int i = 0;
- while (1) {
- sem_wait(&product_number); //消費者將產(chǎn)品數(shù)--,為0則阻塞等待
- printf("-Consume---%d\n", queue[i]);
- queue[i] = 0; //消費一個產(chǎn)品
- sem_post(&blank_number); //消費掉以后,將空格子數(shù)++
- i = (i+1) % NUM;
- sleep(rand()%3);
- }
- }
- int main(int argc, char *argv[])
- {
- pthread_t pid, cid;
- sem_init(&blank_number, 0, NUM); //初始化空格子信號量為5
- sem_init(&product_number, 0, 0); //產(chǎn)品數(shù)為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;
- }
運行結果：
本文授權轉載自公眾號「良許Linux」。良許，世界500強外企Linux開發(fā)工程師，公眾號里分享大量Linux干貨，歡迎關注!
