Posix信号量基本知识

1. 引言

信号量包含一个非负整型变量，其包含一对原子操作，即P/V操作。

P操作：若信号量非负，则P操作将信号量值减1；若信号量为0，则P操作将执行wait操作。

V操作：将信号量值加1。

Linux包含两类信号量：

信号量可分为Posix信号量和System V信号量。今天我们主要学习一下Posix信号量，其有两类形式：命名信号量和无名信号量，其主要区别在于创建和销毁的形式。命名信号量：可以通过名字访问，因此可用于知道他们名字的任意进程和线程使用。无名信号量：只存在于内存中，并要求使用信号量的进程可以访问内存，这意味着他们只能应用在同一进程中线程，或者不同进程的共享内存上。以下我们介绍的接口都在头文件<semaphore.h>中。

2. 无名信号量

2.1 初始化

#include <semaphore.h>int sem_init(sem_t *sem, int pshared,unsigned int value);

sem ：信号量变量；

pshared：表明是否在多个进程中使用信号量，如果是则应该传递非0值；

value：该参数指定信号量的初始值。如果想要在两个进程之间使用信号量，需要确保sem参数指向两个进程之间共享的内存范围。

2.2 销毁

#include <semaphore.h>int sem_destroy(sem_t *sem);

3. 命名信号量

3.1 初始化

#include <semaphore.h>sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, /* mode_t mode, unsigned int value */);

我们可以调用该函数创建或者打开一个信号量，成功返回信号量的指针，不成功返回SEM_FAILED。但oflag参数中指定O_CREAT标志集时，若信号量不存在则创建一个新的。mode参数指定谁可以访问信号量，其取值与打开文件的权限位相同，该权限可以被调用者的文件创建屏蔽字修改。value参数用来指定信号量的初始值，范围在0 ～ SEM_VALUE_MAX之间。

3.2 关闭与销毁

int sem_close(sem_t *sem);int sem_unlink(const char *name);

sem_close函数：用于释放任何信号量相关的资源。当一个进程退出时，内核将自动关闭任何打开的信号量，但这并影响信号量的状态，其他进程仍旧会根据当前状态使用。使用sem_close也是同样道理。

sem_unlink函数，用来销毁一个命名信号量。与上一个函数不同，该函数用于删除信号量的名字，如果没有打开的信号量引用，则该信号量会被销毁，否则延迟到最后一个打开的引用关闭。

4. 通用操作

4.1 P操作

#include <semaphore.h>int sem_trywait(sem_t *sem);int sem_wait(sem_t *sem);

这两个函数可实现信号量的减1操作，但信号量技术计数为0，sem_wait会阻塞，直到成功使信号量减1或者被信号中断时才返回。而sem_trywait为非阻塞版本，当信号量为0时，该函数返回-1并且将errno置为EAGAIN。还有第三个选择，即一个带有超时的版本。

#include <semaphore.h>#include <time.h>int sem_timedwait(sem_t * sem, const struct timespec time);

如果超时到期并且信号量计数没能减1，sem_timedwait将返回-1且将errno设置为ETIMEDOUT。

4.2 V操作

#include <semaphore.h>int sem_post(sem_t *sem);

该函数将信号量加1，若此时有sem_wait正在阻塞则唤醒。

4.3 取值操作

#include<semaphore.h>int sem_t getvalue(sem_t sem, int *val);

该函数用于获取信号量的值，一般只用来调试。

5. 简单实例

#include <pthread.h>#include <semaphore.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>  #define MAX 100;sem_t *sem1,*sem2;    void* thread_func_1(void* arg){    int i;    for(i = 0; i < MAX; ++i)    {        sem_wait(&sem1);        printf("number in thread1 is %d\n",i);        sem_post(&sem2);        }    pthread_exit((void*)"thread1 exit\n");}void* thread_func_2(void* arg){        int i;     for(i = 0; i < MAX; ++i)    {                sem_wait(&sem2);        printf("number in thread2 is %d\n",i);        sem_post(&sem1);    }      pthread_exit((void*)"thread2 exit\n"); }int main(void){          void* ret;  sem_init(sem1,0,5);sem_init(sem2,0,5);pthread_t tid1,tid2;pthread_create(&tid1,NULL,<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">thread_func_1</span>,NULL);           pthread_create(&tid2,NULL,<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">thread_func_2</span>,NULL);        pthread_join(tid1,&ret); //ret = "thread1 exit"      pthread_join(tid2,&ret); //ret = "thread2 exit"       sem_destroy(&sem1);        sem_destroy(&sem2);         return 0;}