一.概述：
信号量是一个非负整数的计数器，它通过计数器来实现多线程对临界资源的顺序访问，从而实现线程间的同步。它与进程间通信的信号量不同，进程间通信的信号量是一个信号量集，而线程间同步的信号量是一个信号。还有一点，就是对信号量的操作是原子的。
信号量与互斥锁的区别：
（1）.互斥锁的值只能是0或1，而信号量的值为非负整数。
（2）.互斥锁用与实现线程间的互斥，而信号量用于实现线程间的同步。
（3）.互斥锁的加锁和解锁必须由同一个线程分别对应使用，而信号量可以由一个线程得到，另一个线程释放。
下面是在一个环形buf中实现消费者与生产者模型。在这个实现中，要定义两个信号量，一个信号量表示可以读的数据，一个表示可以写的格子，并且只实现了消费者与生产者的同步，没有实现互斥，即生产者和消费者可以同时操作。如果是多生产者与多消费者，则要实现生产者与生产者之间的互斥，消费者与消费者之间的互斥。
二.相关函数：
（1）.sem_init函数：int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value)
pshared参数：pshared 参数指明信号量是由进程内线程共享，还是由进程之间共享。如果 pshared 的值为 0，那么信号量将被进程内的线程共享，并且应该放置在所有线程都可见的地址上(如全局变量，或者堆上动态分配的变量)。如果 pshared 是非零值，那么信号量将在进程之间共享，并且应该定位共享内存区域
value参数：初始化信号量的值。
返回值：成功时返回 0；错误时，返回 -1，并把 errno 设置为合适的值。
（2）.sem_destroy函数：int sem_destroy(sem_t *sem)
函数功能：销毁一个信号量。
返回值：成功时返回 0；错误时，返回 -1，并把 errno 设置为合适的值。
（3）.sem_wait函数：int sem_wait(sem_t *sem)
函数功能：获得资源，相当与P操作，将信号量减1。（阻塞式的，并且它的操作是原子的）
返回值：成功时都返回 0；错误保持信号量值没有更改，-1 被返回，并设置 errno 来指明错误。
（4）.sem_trywait函数：int sem_trywait(sem_t *sem)
函数功能：获得资源，相当与P操作，将信号量减1。（非阻塞式的，并且它的操作是原子的）
返回值：成功时都返回 0；错误保持信号量值没有更改，-1 被返回，并设置 errno 来指明错误。
（5）.sem_post函数：int sem_post(sem_t *sem)
函数功能：释放资源，相当与V操作，将信号量加1，并唤醒挂起等待该资源的线程。
返回值：成功时都返回 0；错误保持信号量值没有更改，-1 被返回，并设置 errno 来指明错误。
三.相关代码：
单线程情况：
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1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<pthread.h>
4 #include<semaphore.h>
5
6 #define SIZE 20
7
const
int
BLANK_INIT = 20;
//定义环形buf一共有20个格子
8
const
int
DATA_INIT = 0;
//开始可以消费的数据为0
9 sem_t blank;
10 sem_t data;
11
int
buf[SIZE] = {0};
12 pthread_t tid1, tid2;
13
14
void
* product(
void
*arg)
15 {
16
int
num = 1;
17
int
index = 0;
18
19
while
(1)
20 {
21 sem_wait(&blank);
//获得格子资源
22 buf[index++] = num;
23 index = index % SIZE;
24
printf
(
"product data is : %d\n"
, num);
25 num++;
26 sem_post(&data);
//释放数据资源
27 }
28
return
NULL;
29 }
30
31
void
* consumer(
void
* arg)
32 {
33
int
index = 0;
34
int
num = 0;
35
36
while
(1)
37 {
38 sem_wait(&data);
//获得数据资源
39 num = buf[index++];
40 index = index % SIZE;
41
printf
(
"consumer data is : %d\n"
, num);
42 sleep(1);
43 sem_post(&blank);
//释放格子资源
44 }
45 }
46
47
void
run_product_consumer()
48 {
49 pthread_create(&tid1, NULL, product, NULL);
50 pthread_create(&tid1, NULL, consumer, NULL);
51
52 pthread_join(tid1, NULL);
53 pthread_join(tid1, NULL);
54 }
55
56
void
init_allsem()
57 {
58
if
( sem_init(&blank, 0, BLANK_INIT) < 0)
59 {
60
printf
(
"init product error....\n"
);
61 }
62
if
( sem_init(&data, 0, DATA_INIT) < 0)
63 {
64
printf
(
"init consumer error....\n"
);
65 }
66 }
67
68
void
destroy_allsem()
69 {
70
if
( sem_destroy(&blank) < 0)
71 {
72
printf
(
"destroy blank sem error...\n"
);
73 }
74
if
( sem_destroy(&data) < 0)
75 {
76
printf
(
"destroy data sem error...\n"
);
77 }
78 }
79
80
81
82
int
main()
83 {
84 init_allsem();
85 run_product_consumer();
86 destroy_alsem();
87
return
0;
88 }
|
执行结果：
多线程情况：
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1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<pthread.h>
4 #include<semaphore.h>
5 #include<sys/types.h>
6
7 #define SIZE 20
8
const
int
BLANK_INIT = 20;
9
const
int
DATA_INIT = 0;
10 sem_t blank;
11 sem_t data;
12 pthread_mutex_t lock;
13
int
buf[SIZE] = {0};
14 pthread_t tid1, tid2, tid3, tid4;
15
16
void
* product(
void
*arg)
17 {
18
int
num = 1;
19
int
index = 0;
20
21
while
(1)
22 {
23 sem_wait(&blank);
//获得格子资源
24 pthread_mutex_lock(&lock);
//多线程加的代码
25 buf[index++] = num;
26 index = index % SIZE;
27
printf
(
"tid is : %lu product data is : %d\n"
,pthread_self(), num);
28 num++;
29 pthread_mutex_unlock(&lock);
//多线程加的代码
30 sleep(2);
//改
31 sem_post(&data);
//释放数据资源
32 }
33
return
NULL;
34 }
35
36
void
* consumer(
void
* arg)
37 {
38
int
index = 0;
39
int
num = 0;
40
41
while
(1)
42 {
43 sem_wait(&data);
//获得数据资源
44 pthread_mutex_lock(&lock);
//多线程加的代码
45 num = buf[index++];
46 index = index % SIZE;
47
printf
(
"tid is :%lu consumer data is : %d\n"
,pthread_self(), num);
48 pthread_mutex_unlock(&lock);
//多线程加的代码
49 sleep(1);
50 sem_post(&blank);
//释放格子资源
51 }
52 }
53
54
void
run_product_consumer()
55 {
56 pthread_create(&tid1, NULL, product, NULL);
57 pthread_create(&tid2, NULL, product, NULL);
58 pthread_create(&tid3, NULL, consumer, NULL);
59 pthread_create(&tid4, NULL, consumer, NULL);
60
61 pthread_join(tid1, NULL);
62 pthread_join(tid1, NULL);
63 }
64
65
void
init_allsem()
66 {
67
if
( sem_init(&blank, 0, BLANK_INIT) < 0)
68 {
69
printf
(
"init product error....\n"
);
70 }
71
if
( sem_init(&data, 0, DATA_INIT) < 0)
72 {
73
printf
(
"init consumer error....\n"
);
74 }
75 }
76
77
void
destroy_allsem()
78 {
79
if
( sem_destroy(&blank) < 0)
80 {
81
printf
(
"destroy blank sem error...\n"
);
82 }
83
if
( sem_destroy(&data) < 0)
84 {
85
printf
(
"destroy data sem error...\n"
);
86 }
87 }
88
89
90
91
int
main()
92 {
93 init_allsem();
94 run_product_consumer();
95 destroy_allsem();
96
return
0;
97 }
97,1 底端
|
执行结果：
从图中可以看到有不同的生产者线程，不同的消费者线程。
总结：用于线程的信号量只实现同步功能，而互斥功能要用mutex实现；由于信号量的P，V操作的实现是原子的，所以加锁要加在P，V操作的后面；实现多消费者与多生产者时，消费者与消费者，生产者与生产者之间要实现互斥，而生产者与消费者之间只要实现同步。
附：
通过查看资料，发现一种比较简单的方法就是在代码中使用printf将当前线程的id打印出来。
而这也分成两种情况：
1. 如果是pthread，则使用，
#include <pthread.h>
pthread_t pthread_self(void);
2. 如果不是pthread，即是由内核创建的线程，则使用，
#include <sys/types.h>
pid_t gettid(void);
获取线程所在的进程的id，方法如下：
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getpid(void);
pid_t getppid(void);
所以，我们在代码中使用如下的语句打印：
printf("\ntid=%lu, pid=%lu\n", gettid(), getpid());
这样就能获取当前代码所在的线程和进程了。
