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Linux：线程同步之信号量

news 2025/7/7 10:54:05

信号量

(1)What（什么是信号量）

提供一种计数器的方式控制对共享资源的访问；当计数器大于0时，请求资源成功并计数器-1；当计数器小于0时，线程阻塞，等待其它线程执行signal（V操作）唤醒它

(2)Why（信号量的作用）

实现线程的同步与互斥：通过信号量的设计，可以实现对共享资源的串行访问
实现线程的等待与通知机制：当信号量小于0时，当前线程将被阻塞；当信号量大于0时，会唤醒一个阻塞在信号量上的线程

(3)How（如何使用信号量实现线程同步）

step01：创建信号量

可以看作是创建一个信号量对象

sem_t sem;

step02：初始化信号量

可以看作是对信号量对象的一个初始化，这一过程会给信号量的计数器赋予一个初始值

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

参数sem：被初始化的信号量对象
参数pshared：默认为0，表示信号量用于线程同步；其它表示信号量用于进程同步
参数value：表示信号量的数量，常用用于表示共享资源的数量
返回值：成功返回0，失败返回－1，并设置错误码

step03：请求资源

请求获取共享资源，此时信号量的计数器减1；如果信号量小于1，请求失败，线程阻塞，直到信号量满足条件时解除阻塞

int sem_wait(sem_t *sem);

参数sem：请求共享资源，如果sem中的计数器大于0，则请求成功，否则线程阻塞
返回值：成功返回0，失败返回－1，并设置错误码

step04：释放资源

释放共享资源，此时信号量的计数器加1，此时会唤醒一个等待该共享资源的线程

int sem_post(sem_t *sem);

参数sem：释放共享资源，sem中的计数器＋1
返回值：成功返回0，失败返回－1，并设置错误码
step05：销毁信号量

本质就是释放信号量对象的内存空间

int sem_destroy(sem_t *sem);

参数sem：将要被销毁的信号量对象
返回值：成功返回0，失败返回－1，并设置错误码

(4）代码实例

以下代码是对共享资源的互斥访问，共享资源的个数为5

#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <pthread.h>
using namespace std;
pthread_mutex_t mutex;
sem_t semProc;
sem_t semComu;
struct Node{int iVal;Node * ptrNext;static int iSize;
};
int Node::iSize = 0;
Node * head = NULL;
void *produce(void  *arg){int i = 0;while(1){sem_wait(&semProc);pthread_mutex_lock(&mutex);int iVal = i;Node *node = new Node;node->iVal = iVal;node->ptrNext = head->ptrNext;head->ptrNext = node;Node::iSize++;cout<<"Producing "<<iVal<<"("<<Node::iSize<<")"<<endl;pthread_mutex_unlock(&mutex);sem_post(&semComu);++i;sleep(1);}
}
void *consume(void *arg){while(1){sem_wait(&semComu);pthread_mutex_lock(&mutex);if(head->ptrNext!=NULL){cout<<"Comsuing "<<head->ptrNext->iVal;Node *ptr = head->ptrNext;head->ptrNext = ptr->ptrNext;Node::iSize--;delete ptr;cout<<"("<<Node::iSize<<")"<<endl;ptr = 0;}pthread_mutex_unlock(&mutex);sem_post(&semProc);sleep(2);｝return NULL; 
}
int main()
{head = new Node; pthread_t tidProc,  tidComu; sem_init(&semProc, 0, 5); sem_init(&semComu, 0, 0); pthread_create(&tidProc,  NULL,  produce,  NULL); pthread_create(&tidComu, NULL, conmuse, NULL); pthread_join(tidProc, NULL); pthread_join(tidComu, NULL); return 0; 
}