linux同步之信号量

1. 什么是信号量

linux sem 信号量是一种特殊的变量,访问具有原子性, 用于解决进程或线程间共享资源引发的同步问题。

用户态进程对 sem 信号量可以有以下两种操作:

    等待信号量
    当信号量值为 0 时,程序等待;当信号量值大于 0 时,信号量减 1,程序继续运行。
    发送信号量
    将信号量值加 1

通过对信号量的控制,从而实现共享资源的顺序访问。


2. 相关函数说明

linux 信号量相关函数都声明头文件 semaphore.h 头文件中,所以使用信号量之前需要先包含头文件

#include

信号量的创建就像声明一般的变量一样简单,例如:sem_t sem,之后对该信号量进行初始化和使用。
2.1 sem_init

该函数用于创建信号量,其原型如下:

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

该函数初始化由 sem 指向的信号对象,并给它一个初始的整数值 value。

pshared 控制信号量的类型,值为 0 代表该信号量用于多线程间的同步,值如果大于 0 表示可以共享,用于多个相关进程间的同步

    参数 pshared > 0 时指定了 sem 处于共享内存区域,所以可以在进程间共享该变量

2.2 sem_wait

int sem_wait(sem_t *sem);

int sem_trywait(sem_t *sem);

sem_wait 是一个阻塞的函数,测试所指定信号量的值,它的操作是原子的。若 sem value > 0,则该信号量值减去 1 并立即返回。若sem value = 0,则阻塞直到 sem value > 0,此时立即减去 1,然后返回。

sem_trywait 函数是非阻塞的函数,它会尝试获取获取 sem value 值,如果 sem value = 0,不是阻塞住,而是直接返回一个错误 EAGAIN。
2.3 sem_post

把指定的信号量 sem 的值加 1,唤醒正在等待该信号量的任意线程。

int sem_post(sem_t *sem);

2.4 sem_getvalue

int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);

获取信号量 sem 的当前值,把该值保存在 sval,若有 1 个或者多个线程正在调用 sem_wait 阻塞在该信号量上,该函数返回阻塞在该信号量上进程或线程个数。


2.5 sem_destroy

该函数用于对用完的信号量的清理。它的原型如下:

int sem_destroy(sem_t *sem);

成功则返回 0,失败返回 -1


3. 一个信号量同步线程的例子

下面以一个简单的多线程例子说明如何使用信号量进行线程同步。

在主线程中,创建一个子线程用于处理 resource 共享资源,如果主线程有需求(sem_post),就往其后追加一个 ‘a’ 字符串。

#include
#include
#include
#include

sem_t sem;

void* change_resource(void *res)
{
    char *msg = (char*)res;

    qDebug("1111");
    while (1) {
        sem_wait(&sem);
        strcat(msg, "a");
        qDebug("resource changed with value: %s\n", msg);
    }
}

int main()
{
    ret = sem_init(&sem, 0, 0);
    if (ret == -1) {
        printf("sem_init failed \n");
        return -1;
    }

    ret = pthread_create(&thread, NULL, change_resource, (void*)resource);
    if (ret != 0) {
        printf("pthread_create failed \n");
        return -1;
    }

    while (1) {
        sem_post(&sem);
        sleep(1);
    }
}

资源处理打印如下:

resource changed with value: a
resource changed with value: aa
resource changed with value: aaa
...
 

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