线程同步——信号量

【信号量定义】

       信号量从本质上是一个非负整数计数器，通过PV原子操作来达到控制公共资源的访问的目的。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1，而一次V操作使sem加1。当信号量sem的值大于等于0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0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；当信号量用于同步时，往往设置多个信号量，并安排不同的初始值来实现它们之间的顺序执行。

 

【相关函数】

(1)sem_init()用于创建一个信号量，并初始化它的值

     头文件：#include <semaphore.h>

     函数原型：int sem_init(sem_t *sem, int pthread, unsigned int value)

     函数传入值：sem：信号量指针

                           pthread：决定信号量能否在几个进程间共享。由于目前Linux还没有实现进程间共享信号量，所以这个值只能是0，表示这个信号量是当前进程的局部信号量。（进程间信号量共享可通过semget()等函数实现）

                           value：信号量初始化值

     函数返回值：成功返回0，失败返回-1

(2)P操作：sem_wait()对信号量的值减1，如果当前信号量为0，则函数堵塞，知道信号量大于等于1，才返回并将信号量的值减1

                  sem_trywait()也相当于P操作，但其不会阻塞而是立即返回。

(3)V操作：sem_post()对信号量的值加1，同时发出信号来唤醒等待的进程

(4)sem_getvalue()用于得到信号量的值

(5)sem_destroy()用于删除信号量

     函数(2)—(5)：

            头文件：#include <pthread.h>

            函数传入值：sem_t *sem：信号量指针

            函数返回值：成功返回0，失败返回-1

 

【代码示例】

       利用信号量实现生产消费，最多生产5个，最多消费5个

/*****************************信号量，最多生产5个，最多消费5个****************************/#include <stdio.h>#include <time.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>#include <semaphore.h>typedef struct nList{int sum;struct nList *next;}product;product *head = NULL;product *tail = NULL;product *new = NULL;sem_t sem1;//5-0 sem_t sem2;//0-5sem_t sem3;//1-0void *fun1(){int p;while (1){sem_wait(&sem1);//减1sem_wait(&sem3);//减1//生产p = add_list();printf("生产[%d]n", p);sem_post(&sem2);//加1sem_post(&sem3);//加1sleep(1);}}void *fun2(){int p;while (1){sem_wait(&sem2);//减1sem_wait(&sem3);//减1//消费p = del_list();if (p < 0){printf("无产品可消费！n");}else{printf("消费[%d]n", p);}sem_post(&sem1);//加1sem_post(&sem3);//加1}}/******************************函数功能：向链表添加结点*输入参数：(product *)head:链表头结点*输出参数：(int)(1)-1:添加失败(2)>0:添加成功，返回节点数据*****************************/int add_list(){int n;product *p = head;srand((unsigned)time(NULL));new = (product *)malloc(sizeof(product));if (new == NULL){perror("malloc");return -1;}new->sum = rand()0+1;n = new->sum;if (head == NULL){head = new;}else{tail->next = new;}tail = new;tail->next = NULL;return n;}/******************************函数功能：从链表删除结点*输入参数：(product *)head:链表头结点*输出参数：(int)(1)-1:删除失败(2)>0:删除成功，返回节点数据*****************************/int del_list(){int n;product *p = head;if (head == NULL){return -1;}else {head = head->next;n = p->sum;free(p);p = NULL;return n;}}int main(){pthread_t tid1, tid2;int ret;//信号量初始化ret = sem_init(&sem1, 0, 5);if (ret < 0){perror("sem_init");exit(1);}ret = sem_init(&sem2, 0, 0);if (ret < 0){perror("sem_init");exit(1);}ret = sem_init(&sem3, 0, 1);if (ret < 0){perror("sem_init");exit(1);}ret = pthread_create(&tid1, NULL, fun1, NULL);if (ret < 0){perror("pthread_create");exit(1);}pthread_create(&tid2, NULL, fun2, NULL);if (ret < 0){perror("pthread_create");exit(1);}pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid2, NULL);sem_destroy(&sem1);sem_destroy(&sem2);}