Linux系统编程—信号量

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这种现象，使得线程依次轮流运行，也就是线程从并行执行变成了串行执行，这样与直接使用单进程无异。

于是，Linux系统提出了信号量的概念。这是一种相对比较折中的处理方式，它既能保证线程间同步，数据不混乱，又能提高线程的并发性。注意，这里提到的信号量，与我们所学的信号没有一点关系，就比如Java与JavaScript没有任何关系一样。

主要应用函数：

• sem_init函数 ​
• sem_destroy函数 ​
• sem_wait函数 ​
• sem_trywait函数
• ​sem_timedwait函数
• ​sem_post函数

以上6 个函数的返回值都是：成功返回0， 失败返回-1，同时设置errno。

细心的读者可能留意到，它们没有pthread前缀，这说明信号量不仅可以用在线程间，也可以用在进程间。

sem_t数据类型，其本质仍是结构体。但是类似于文件描述符一样，我们在应用期间可简单将它看作为整数，而忽略实现细节。

使用方法：sem_t sem; 我们约定，信号量sem不能小于0。使用时，注意包含头文件 。

类似于互斥锁，信号量也有类似加锁和解锁的操作，加锁使用sem_wait函数，解锁使用sem_post函数。这两个函数有如下特性：

• 调用sem_post时，如果信号量大于0，则信号量减一;
• 当信号量等于0时，调用sem_post时将造成线程阻塞;
• 调用sem_post时，将信号量加一，同时唤醒阻塞在信号量上的线程。

上面提到的对线程的加一减一操作，由于sem_t的实现对用户隐藏，所以这两个操作只能通过函数来实现，而不能直接使用++、--符号来操作。

##sem_init函数

• 函数原型： int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
• 函数作用： 初始化一个信号量;
• 参数说明： sem：信号量 ; pshared：取0时，信号量用于线程间同步;取非0(一般为1)时则用于进程间同步; value：指定信号量初值，而信号量的初值，决定了允许同时占用信号量的线程的个数。

##sem_destroy函数

• 函数原型： int sem_destroy(sem_t *sem);
• 函数作用： 销毁一个信号量

##sem_wait函数

• 函数原型： int sem_wait(sem_t *sem);
• 函数作用： 给信号量值加一

##sem_post函数

• 函数原型： int sem_post(sem_t *sem);
• 函数作用： 给信号量值减一

##sem_trywait函数

• 函数原型： int sem_trywait(sem_t *sem);
• 函数作用： 尝试对信号量加锁，与pthread_mutex_trylock类似;

##sem_timedwait函数

• 函数原型： int sem_timedwait(sem_t sem, const struct timespec abs_timeout);
• 函数作用： 限时尝试对信号量加锁
• 参数说明： sem：信号量; abs_timeout：与pthread_cond_timedwait一样，采用的是绝对时间。

用法如下(例如超时时间设为1秒)：

• time_t cur = time(NULL);
• 获取当前时间。 struct timespec t;
• 定义timespec 结构体变量t t.tv_sec = cur+1;
• 定时1秒 t.tv_nsec = t.tv_sec +100;
• sem_timedwait(&sem, &t);
• 传参

生产者消费者信号量模型：

 
#include <stdlib.h> 
#include <unistd.h> 
#include <pthread.h> 
#include <stdio.h> 
#include <semaphore.h> 
#define NUM 5                
int queue[NUM];                                     //全局数组实现环形队列 
sem_t blank_number, product_number;                 //空格子信号量, 产品信号量 
void *producer(void *arg) 
{ 
    int i = 0; 
    while (1) { 
        sem_wait(&blank_number);                    //生产者将空格子数--,为0则阻塞等待 
        queue[i] = rand() % 1000 + 1;               //生产一个产品 
        printf("----Produce---%d\n", queue[i]);         
        sem_post(&product_number);                  //将产品数++ 
        i = (i+1) % NUM;                            //借助下标实现环形 
        sleep(rand()%3); 
    } 
} 
void *consumer(void *arg) 
{ 
    int i = 0; 
    while (1) { 
        sem_wait(&product_number);                  //消费者将产品数--,为0则阻塞等待 
        printf("-Consume---%d\n", queue[i]); 
        queue[i] = 0;                               //消费一个产品  
        sem_post(&blank_number);                    //消费掉以后,将空格子数++ 
        i = (i+1) % NUM; 
        sleep(rand()%3); 
    } 
} 
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    pthread_t pid, cid; 
    sem_init(&blank_number, 0, NUM);                //初始化空格子信号量为5 
    sem_init(&product_number, 0, 0);                //产品数为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; 
} 

运行结果：

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