多线程基础之六：Pthread Win32实现的非阻塞请求机制的Semaphore

前面看到Windows API直接提供的Semaphore并没有为其配备等待队列，从而无法实现非阻塞请求机制以实现操作加速，对于临界区耗时的情况下，显然是存在实现非阻塞请求机制的Semaphore的。Linux下的Pthread库实现了这样的增加版Semaphore，幸运地是有Pthread的Win32版本。

前面讲解到其实Semaphore的完整结构体内容应该如下

typedef struct{   atomic_t  count;   int sleepers;   wait_queue_head_t  wait;} semaphore;

在启用非阻塞机制下，可以在Semaphores耗光资源计数的情况下，进入主动休眠状态，而非空等，从而可以集中计算资源给当前正处在临界区的线程（进程），所以该机制在临界区操作耗时较长的情况下是很有用的。Pthread库封装的Semaphores实现了阻塞和非阻塞请求的两种机制

下面可以单独看看pthread.h提供的semaphore相关的接口内容

typedef struct sem_t_ * sem_t;#define PTW32_DLLPORT __declspec (dllexport)PTW32_DLLPORT int __cdecl sem_init (sem_t * sem,                int pshared, //进程间共享标识，pthread win32位实现进程间semaphore共享，故而改位始终为0                unsigned int value);//value为初始给semaphore配备的可用资源数PTW32_DLLPORT int __cdecl sem_destroy (sem_t * sem);PTW32_DLLPORT int __cdecl sem_trywait (sem_t * sem); //非阻塞请求PTW32_DLLPORT int __cdecl sem_wait (sem_t * sem); //阻塞请求，空等模式PTW32_DLLPORT int __cdecl sem_timedwait (sem_t * sem,                 const struct timespec * abstime); //等待有限时间后返回PTW32_DLLPORT int __cdecl sem_post (sem_t * sem);//为semaphore增加1资源数PTW32_DLLPORT int __cdecl sem_post_multiple (sem_t * sem,                     int count);//为semaphore增加count资源数PTW32_DLLPORT int __cdecl sem_open (const char * name,                int oflag,                mode_t mode,                unsigned int value);//采用semaphore的名字寻找同名的内核对象，在进程间共享semaphore才需要用到，故而pthread win32未实现PTW32_DLLPORT int __cdecl sem_close (sem_t * sem);PTW32_DLLPORT int __cdecl sem_unlink (const char * name);PTW32_DLLPORT int __cdecl sem_getvalue (sem_t * sem,                int * sval);

test_time_pthread32_wait.cpp—“阻塞请求（空等）”模式下测试代码

#include <iostream>#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <sched.h>#include <semaphore.h>#include <time.h>#include <stdlib.h>#include <Windows.h>#pragma comment(lib, "pthreadVC2.lib")  //必须加上这句using namespace std;sem_t sem;const int g_Number = 50;const int killTimeStep = 100000000;void* Function_t(void* Param){     sem_wait(&sem); //空等     int i = killTimeStep;     while(i--);     pthread_t myid = pthread_self();     printf("线程ID=%d ", myid);     //cout<<"线程ID="<<static_cast<int>(myid)<<"线程编号= "<<(int)Param<<endl;     cout<<"线程编号= "<<(int)Param<<endl;     sem_post(&sem);     return NULL;}int main(){     clock_t start_time = clock();     int ret = sem_init(&sem, 0, 0);     if (!ret )         cout<<"主线程创建信号量成功，但主线程并没有激活该信号量"<<endl;     else     {         cout<<"主线程创建信号量失败"<<endl;         exit(EXIT_FAILURE);     }     pthread_t pid[ g_Number] = {0};     for (int i=0; i<g_Number; i++)         pthread_create(&pid[i], NULL, Function_t,(void*)i);     printf("创建大规模子线程成功\n");     if (sem_post(&sem) != 0)     {         printf("主线程激活信号量失败\n");         exit(EXIT_FAILURE);     }     printf("主线程激活了信号量，其他子线程可以开始使用。\n");     for (int i=0; i<g_Number; i++)         pthread_join(pid[i], NULL);     sem_destroy(&sem);     clock_t end_time = clock();     cout<<"Running time is:"<<static_cast<double>(end_time - start_time)/CLOCKS_PER_SEC*1000<<"ms"<<endl;     return 0;}

运行结果

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test_time_pthread32_trywait.cpp —“非阻塞请求”模式下测试代码

#include <iostream>#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <sched.h>#include <semaphore.h>#include <time.h>#include <stdlib.h>#include <Windows.h>#pragma comment(lib, "pthreadVC2.lib")  //必须加上这句using namespace std;sem_t sem;const int g_Number = 50;const int killTimeStep = 100000000;void* Function_t(void* Param){     sem_trywait(&sem); //非阻塞请求     int i = killTimeStep;     while(i--);     pthread_t myid = pthread_self();     printf("立即线程 ID=%d ", myid);     fflush(stdout);     printf("立即线程-编号=%d\n",(int)Param); //这里受限于printf（）此类IO的延迟写策略，导致了存在输出错行的可能性     fflush(stdout);     //cout<<"线程ID="<<static_cast<long int>(myid)<<"线程编号= "<<(int)Param<<endl;     //cout<<"线程编号= "<<(int)Param<<endl;     sem_post(&sem);     return NULL;}int main(){     clock_t start_time = clock();     int ret = sem_init(&sem, 0, 0); //第二个参数代表进程间共享标示位，但是pthread win32并没有实现，所以一直为0；                    //第三个参数代表给信号量初始分配的资源数，不像WINAPI CreateSemaphores(xxx)需要指定资源上限，pthread采用了默认资源上限     if (!ret )         cout<<"主线程创建try信号量成功，但主线程并没有激活该信号量"<<endl;     else     {         cout<<"主线程创建信号量失败"<<endl;         exit(EXIT_FAILURE);     }     pthread_t pid[ g_Number] = {0};     for (int i=0; i<g_Number; i++)         pthread_create(&pid[i], NULL, Function_t,(void*)i);     printf("创建大规模子线程成功\n");     if (sem_post(&sem) != 0)     {         printf("主线程激活信号量失败\n");         exit(EXIT_FAILURE);     }     printf("主线程激活了信号量，其他子线程可以开始使用。\n");     for (int i=0; i<g_Number; i++)         pthread_join(pid[i], NULL);     sem_destroy(&sem);     clock_t end_time = clock();     cout<<"Running time is:"<<static_cast<double>(end_time - start_time)/CLOCKS_PER_SEC*1000<<"ms"<<endl;     return 0;}

运行结果

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Conclusion: 可以看到pthread Win32实现的semaphore提供的“非阻塞请求机制”比“阻塞请求”在临界区操作耗时的场景下可以显著加速程序运行，提高性能，这点在并行计算中要重点使用。