【Linux系统编程】POSIX无名信号量

00. 目录

文章目录

​​00. 目录​​​​01. 信号量概述​​​​02. 相关函数​​

• • 
    
• ​​2.1 初始化信号量​​
• ​​2.2 销毁信号量​​
• ​​2.3 信号量P操作(减1)​​
• ​​2.4 信号量V操作(加1)​​
• ​​2.5 获取信号量的值​​
  • 
    

• ​​03. 信号量示例​​
• ​​04. 附录​​
  • 
    

01. 信号量概述

信号量广泛用于进程或线程间的同步和互斥，信号量本质上是一个非负的整数计数器，它被用来控制对公共资源的访问。

编程时可根据操作信号量值的结果判断是否对公共资源具有访问的权限，当信号量值大于 0 时，则可以访问，否则将阻塞。PV 原语是对信号量的操作，一次 P 操作使信号量减１，一次 V 操作使信号量加１。

信号量主要用于进程或线程间的同步和互斥这两种典型情况。

信号量用于互斥：

信号量用于同步：

在 POSIX 标准中，信号量分两种，一种是​无名信号量​，一种是​有名信号量​。无名信号量一般用于线程间同步或互斥，而有名信号量一般用于进程间同步或互斥。它们的区别和管道及命名管道的区别类似，无名信号量则直接保存在内存中，而有名信号量要求创建一个文件。

​注意:​

编译信号量操作函数时，需要加上参数**-lpthread**。

信号量数据类型为：​sem_t​。

02. 相关函数

2.1 初始化信号量

#include <semaphore.h>

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
功能：
  创建一个信号量并初始化它的值。一个无名信号量在被使用前必须先初始化。
参数：
  sem：信号量的地址。
  pshared：等于 0，信号量在线程间共享（常用）；不等于0，信号量在进程间共享。
  value：信号量的初始值。
返回值：
  成功：0
  失败： - 1

2.2 销毁信号量

#include <semaphore.h>

int sem_destroy(sem_t *sem);
功能：
  删除 sem 标识的信号量。
参数：
  sem：信号量地址。
返回值：
  成功：0
  失败： - 1

2.3 信号量P操作(减1)

#include <semaphore.h>

int sem_wait(sem_t *sem);
功能：
    将信号量的值减 1。操作前，先检查信号量（sem）的值是否为 0，若信号量为 0，
    此函数会阻塞，直到信号量大于 0 时才进行减 1 操作。
参数：
    sem：信号量的地址。
返回值：
    成功：0
    失败： - 1

int sem_trywait(sem_t *sem);
   以非阻塞的方式来对信号量进行减 1 操作。
   若操作前，信号量的值等于 0，则对信号量的操作失败，函数立即返回。

int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
   限时尝试将信号量的值减 1
   abs_timeout：绝对时间

abs_timeout补充说明

struct timespec {
  time_t tv_sec;    /* seconds */ // 秒
  long   tv_nsec; /* nanosecondes*/ // 纳秒
}

time_t cur = time(NULL);    //获取当前时间。
struct timespec t;        //定义timespec 结构体变量t
t.tv_sec = cur + 1;       // 定时1秒
sem_timedwait(&cond, &t);

2.4 信号量V操作(加1)

#include <semaphore.h>

int sem_post(sem_t *sem);
功能：
  将信号量的值加 1 并发出信号唤醒等待线程（sem_wait()）。
参数：
  sem：信号量的地址。
返回值：
  成功：0
  失败：-1

2.5 获取信号量的值

#include <semaphore.h>

int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);
功能：
  获取 sem 标识的信号量的值，保存在 sval 中。
参数：
  sem：信号量地址。
  sval：保存信号量值的地址。
返回值：
  成功：0
  失败：-1

03. 信号量示例

信号量用于互斥实例

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

sem_t sem; //信号量

void printer(char *str)
{
  sem_wait(&sem);//减一
  while(*str)
  {
    putchar(*str);  
    fflush(stdout);
    str++;
    sleep(1);
  }
  printf("\n");

  sem_post(&sem);//加一
}

void *thread_fun1(void *arg)
{
  char *str1 = "hello";
  printer(str1);
}

void *thread_fun2(void *arg)
{
  char *str2 = "world";
  printer(str2);
}

int main(void)
{
  pthread_t tid1, tid2;

  sem_init(&sem, 0, 1); //初始化信号量，初始值为 1

  //创建 2 个线程
  pthread_create(&tid1, NULL, thread_fun1, NULL);
  pthread_create(&tid2, NULL, thread_fun2, NULL);

  //等待线程结束，回收其资源
  pthread_join(tid1, NULL);
  pthread_join(tid2, NULL); 

  sem_destroy(&sem); //销毁信号量

  return 0;
}

执行结果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c -pthread 
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out  
hello
world
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$

信号量用于同步

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

sem_t sem_g,sem_p;   //定义两个信号量
char ch = 'a';

void *pthread_g(void *arg)  //此线程改变字符ch的值
{
  while(1)
  {
    sem_wait(&sem_g);
    ch++;
    sleep(1);
    sem_post(&sem_p);
  }
}

void *pthread_p(void *arg)  //此线程打印ch的值
{
  while(1)
  {
    sem_wait(&sem_p);
    printf("%c",ch);
    fflush(stdout);
    sem_post(&sem_g);
  }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  pthread_t tid1,tid2;
  sem_init(&sem_g, 0, 0);   //初始化信号量
  sem_init(&sem_p, 0, 1);

  pthread_create(&tid1, NULL, pthread_g, NULL);
  pthread_create(&tid2, NULL, pthread_p, NULL);

  pthread_join(tid1, NULL);
  pthread_join(tid2, NULL);

  return 0;
}

测试结果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c -pthread 
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out  
abcdefghijklmnopqr^C
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$

04. 附录