技術標籤：Linux程式設計

文章目錄

• 前言
• 一、訊號量是什麼？
• 二、使用步驟
• • 1.引入標頭檔案
  • 主要函式
  • 2.執行緒主函式
  • 3.引用消費者-生產者模型程式碼
• 總結

前言

訊號量：可以實現執行緒（或程序）之間同步，避免資料混亂。提高執行緒併發性。

一、訊號量是什麼？

進化版的互斥鎖（1 --> N）
由於互斥鎖的粒度比較大，如果我們希望在多個執行緒間對某一物件的部分資料進行共享，使用互斥鎖是沒有辦法實現的，只能將整個資料物件鎖住。這樣雖然達到了多執行緒操作共享資料時保證資料正確性的目的，卻無形中導致執行緒的併發性下降。執行緒從並行執行，變成了序列執行。與直接使用單程序無異。
訊號量，是相對摺中的一種處理方式，既能保證同步，資料不混亂，又能提高執行緒併發。

二、使用步驟

1.引入標頭檔案

#include<semaphore.h>

主要函式

1.sem_init函式
初始化一個訊號量
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
參1：sem訊號量	
參2：pshared取0用於執行緒間；取非0（一般為1）用於程序間	
參3：value指定訊號量初值(決定了佔用訊號量的執行緒的個數)

2.sem_destroy函式
銷燬一個訊號量
int sem_destroy(sem_t *sem);

3.sem_wait函式  
給訊號量加鎖 -- 
int sem_wait(sem_t *sem);

4.sem_trywait函式	
5.sem_timedwait函式	

6.sem_post函式
給訊號量解鎖 ++
 int sem_post(sem_t *sem);	
 

以上6 個函式的返回值都是：成功返回0， 失敗返回-1，同時設定errno。(注意，它們沒有pthread字首)
sem_t型別，本質仍是結構體。但應用期間可簡單看作為整數，忽略實現細節（類似於使用檔案描述符）。
sem_t sem; 規定訊號量sem不能 < 0。

2.執行緒主函式

T生產者主函式 {
sem_wait(S空);
生產…
sem_post(S滿);
}
/
/
/
T消費者主函式 {
sem_wait(S滿);
消費…
sem_post(S空);
}

3.引用消費者-生產者模型程式碼

/*訊號量實現 生產者 消費者問題*/

#include <stdlib.h>
 

#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>

#define NUM 5               

int queue[NUM];                                     //全域性陣列實現環形佇列
sem_t blank_number, product_number;                 //空格子訊號量, 產品訊號量

/*生產者：生產產品（產品++），空格子減少（空格子--）*/
void *producer(void *arg)
{
    int i = 0;

    while (1) {
        sem_wait(&blank_number);        //（生產者將空格子數--,為0則阻塞等待）
        queue[i] = rand() % 1000 + 1;               //生產一個產品
        printf("----Produce---%d\n", queue[i]);        
        sem_post(&product_number);                  //將產品數++

        i = (i+1) % NUM;                            //藉助下標實現環形
        sleep(rand()%3);
    }
}
/*消費者：空格子增加（空格子++），產品減少（產品--）*/
void *consumer(void *arg)
{
    int i = 0;

    while (1) {
        sem_wait(&product_number);                  //消費者將產品數--,為0則阻塞等待
        printf("-Consume---%d\n", queue[i]);
        queue[i] = 0;                               //消費一個產品 
        sem_post(&blank_number);                    //消費掉以後,將空格子數++

        i = (i+1) % NUM;
        sleep(rand()%3);
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    pthread_t pid, cid;

    sem_init(&blank_number, 0, NUM);                //初始化空格子訊號量為5
    sem_init(&product_number, 0, 0);                //產品數為0

    pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);

    pthread_join(pid, NULL);
    pthread_join(cid, NULL);

    sem_destroy(&blank_number);
    sem_destroy(&product_number);

    return 0;
}

總結

訊號量的初值，決定了佔用訊號量的執行緒的個數。