多线程第六篇:信号量

     信号量及信号量上的操作是E.W.Dijkstra 在1965年提出的一种解决同步、互斥问题的较通用的方法，并在很多操作系统中得以实现， Linux改进并实现了这种机制。

     信号量(semaphore )实际是一个整数，它的值由多个进程进行测试(test)和设置(set)。就每个进程所关心的测试和设置操作而言，这两个操作是不可中断的，或称“原子”操作，即一旦开始直到两个操作全部完成。测试和设置操作的结果是：信号量的当前值和设置值相加，其和或者是正或者为负。根据测试和设置操作的结果，一个进程可能必须睡眠，直到有另一个进程改变信号量的值。

     信号量可用来实现所谓的“临界区”的互斥使用，临界区指同一时刻只能有一个进程执行其中代码的代码段。为了进一步理解信号量的使用，下面我们举例说明。

      假设你有很多相互协作的进程，它们正在读或写一个数据文件中的记录。你可能希望严格协调对这个文件的存取，于是你使用初始值为1的信号量，在这个信号量上实施两个操作，首先测试并且给信号量的值减1，然后测试并给信号量的值加1。当第一个进程存取文件时，它把信号量的值减1，并获得成功，信号量的值现在变为0，这个进程可以继续执行并存取数据文件。但是，如果另外一个进程也希望存取这个文件，那么它也把信号量的值减1，结果是不能存取这个文件，因为信号量的值变为-1。这个进程将被挂起，直到第一个进程完成对数据文件的存取。当第一个进程完成对数据文件的存取，它将增加信号量的值，使它重新变为1，现在，等待的进程被唤醒，它对信号量的减1操作将获得成功。

     上述的进程互斥问题，是针对进程之间要共享一个临界资源而言的，信号量的初值为1。实际上，信号量作为资源计数器，它的初值可以是任何正整数，其初值不一定为0或1。另外，如果一个进程要先获得两个或多个的共享资源后才能执行的话，那么，相应地也需要多个信号量，而多个进程要分别获得多个临界资源后方能运行，这就是信号量集合机制.

     首先也来看看如何使用信号量，信号量Semaphore常用有三个函数，使用很方便。下面是这几个函数的原型和使用说明。

第一个 CreateSemaphore

函数功能：创建信号量

函数原型：

HANDLE CreateSemaphore(  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,  LONG lInitialCount,  LONG lMaximumCount,  LPCTSTR lpName);

函数说明：

第一个参数表示安全控制，一般直接传入NULL。

第二个参数表示初始资源数量。

第三个参数表示最大并发数量。

第四个参数表示信号量的名称，传入NULL表示匿名信号量。

第二个 OpenSemaphore

函数功能：打开信号量

函数原型：

HANDLE OpenSemaphore(  DWORD dwDesiredAccess,  BOOL bInheritHandle,  LPCTSTR lpName);

函数说明：

第一个参数表示访问权限，对一般传入SEMAPHORE_ALL_ACCESS。详细解释可以查看MSDN文档。

第二个参数表示信号量句柄继承性，一般传入TRUE即可。

第三个参数表示名称，不同进程中的各线程可以通过名称来确保它们访问同一个信号量。

第三个 ReleaseSemaphore

函数功能：递增信号量的当前资源计数

函数原型：

BOOL ReleaseSemaphore(  HANDLE hSemaphore,  LONG lReleaseCount,  LPLONG lpPreviousCount);

函数说明：

第一个参数是信号量的句柄。

第二个参数表示增加个数，必须大于0且不超过最大资源数量。

第三个参数可以用来传出先前的资源计数，设为NULL表示不需要传出。

注意：当前资源数量大于0，表示信号量处于触发，等于0表示资源已经耗尽故信号量处于末触发。在对信号量调用等待函数时，等待函数会检查信号量的当前资源计数，如果大于0(即信号量处于触发状态)，减1后返回让调用线程继续执行。一个线程可以多次调用等待函数来减小信号量。

最后一个 信号量的清理与销毁

由于信号量是内核对象，因此使用CloseHandle()就可以完成清理与销毁了。

     信号量其实就是人们常说的PV操作.p操作是计数器+1,即ReleaseSemaphore函数,而v操作是-1,即waitforsignalobject操作.

我们先来一个简单的,用信号量实现线程间互斥:

#include <iostream>#include <windows.h>#include <process.h>int g_count = 0;HANDLE g_ThreadEvent , g_threadMutex, g_threadSemaphore ;unsigned int __stdcall ThreadFun (void * pthread_num){    //WaitForSingleObject(g_ThreadEvent,INFINITE);    WaitForSingleObject( g_threadSemaphore ,INFINITE );       int num = *(( int *)pthread_num );    //std::cout<<"线程号:"<<GetCurrentThreadId()<<"线程编号为地址:"<<&num<<"线程编号"<<num<<"全局资源编号为:"<<++g_count<<std::endl;   std:: cout<< "线程编号" << num<< "全局资源编号为:" <<++ g_count<< std ::endl ;    //std::cout<<"进程号:"<<(int)getpid()<<"线程号:"<<GetCurrentThreadId()<<std::endl;    //SetEvent(g_ThreadEvent);   // ReleaseMutex(g_threadMutex);   ReleaseSemaphore( g_threadSemaphore ,1,NULL );                 return 0;}int main (){    const int thread_num = 10;     g_threadSemaphore = CreateSemaphore (NULL ,1,1, NULL);    //g_ThreadEvent = CreateEvent(NULL,false,false,NULL);    //g_threadMutex = CreateMutex(NULL,false,NULL);    //SetEvent(g_ThreadEvent); //在此处触发事件    HANDLE handle [thread_num ];       for ( int i = 0 ; i <thread_num ; ++ i ){        handle [i ] = ( HANDLE) _beginthreadex (NULL ,0, ThreadFun,& i ,0,NULL );        //WaitForSingleObject(g_threadMutex,INFINITE);    }    //等待所有创建的子线程都执行完.    WaitForMultipleObjects( thread_num ,handle , true, INFINITE);    //CloseHandle(g_ThreadEvent);    //CloseHandle(g_threadMutex);    CloseHandle( g_threadSemaphore );    return 0;}

好了,我们来实现一个信号量进行同步的操作吧.

#include <iostream>#include <windows.h>#include <process.h>int g_count = 0;HANDLE g_ThreadEvent , g_threadMutex, g_threadSemaphore ;unsigned int __stdcall ThreadFun (void * pthread_num){    //WaitForSingleObject(g_ThreadEvent,INFINITE);    //WaitForSingleObject(g_threadSemaphore,INFINITE);       int num = *(( int *)pthread_num );    //std::cout<<"线程号:"<<GetCurrentThreadId()<<"线程编号为地址:"<<&num<<"线程编号"<<num<<"全局资源编号为:"<<++g_count<<std::endl;   std:: cout<< "线程编号" << num<< "全局资源编号为:" <<++ g_count<< std ::endl ;    //std::cout<<"进程号:"<<(int)getpid()<<"线程号:"<<GetCurrentThreadId()<<std::endl;    //SetEvent(g_ThreadEvent);   // ReleaseMutex(g_threadMutex);   ReleaseSemaphore( g_threadSemaphore ,1,NULL );                 return 0;}int main (){    const int thread_num = 10;     g_threadSemaphore = CreateSemaphore (NULL ,0,1, NULL);    //g_ThreadEvent = CreateEvent(NULL,false,false,NULL);    //g_threadMutex = CreateMutex(NULL,false,NULL);    //SetEvent(g_ThreadEvent); //在此处触发事件    HANDLE handle [thread_num ];       for ( int i = 0 ; i <thread_num ; ++ i ){        handle [i ] = ( HANDLE) _beginthreadex (NULL ,0, ThreadFun,& i ,0,NULL );        //WaitForSingleObject(g_threadMutex,INFINITE);        WaitForSingleObject (g_threadSemaphore , INFINITE);    }    //等待所有创建的子线程都执行完.    WaitForMultipleObjects( thread_num ,handle , true, INFINITE);    //CloseHandle(g_ThreadEvent);    //CloseHandle(g_threadMutex);    CloseHandle( g_threadSemaphore );    return 0;}