Linux学习——进程间通信之posix信号量的使用
程序员文章站
2022-06-04 21:59:49
...
1.概述
信号量(semaphore)是一种提供不同进程间或者一个给定进程不同线程之间的同步。 分为POSIX信号量和SystemV信号量,这里先学习POSIX信号量。
POSIX信号量又分为有名信号量和基于内存的信号量(无名信号量)。区别在于是否需要使用POSIX IPC名字来标识。
NOTE:Linux操作系统中,POSIX有名信号量创建在虚拟文件系统中
一般挂载在/dev/shm,其名字以sem.somename的形式存在。
2.信号量操作
早在学操作系统那会,就直到信号量的PV操作,总结一下大概是这么回事:
P操作,也叫做等待(wait)一个信号量,该操作会测试信号量的值,如果其值小于或等于0,将把当前进程/线程投入睡眠,当该信号量变得大于0后就将它减1。
伪代码如下,这两步必须是原子操作。
while(sem <=0);
sem--;
V操作,挂出(post)一个信号量,该操作将信号量值加1
伪代码如下:
sem++;
信号量初始化的值的大小一般用于表示可用资源的数(例如缓冲区大小,之后代码中体现);如果初始化为1,则称之二值信号量,二值信号量的功能就有点像互斥锁了。
不同的是:互斥锁的加锁和解锁必须在同一线程执行,而信号量的挂出却不必由执行等待操作的线程执行。
3.POSIX信号量相关接口:
1.sem_init()初始化无名信号量
#include <semaphore.h>
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
//pshared指定该信号量用于进程还是线程同步
//0-表示用于线程同步(所有线程可见)
//非0-表示用于进程同步(需要放在共享内存中)
2.sem_open()初始化有名信号量
#include <fcntl.h> /* For O_* constants */
#include <sys/stat.h> /* For mode constants */
#include <semaphore.h>
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag);
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value);
Link with -pthread.
//套路跟之前的消息队列类似
//oflag可以设置为O_CREAT | O_EXCL (如果存在则返回错误)。
//mode可以设置为0644 自己可读写,其他用户和组内用户可读
//value表示信号量初始化的值
3.sem_wait()和sem_post()等待和挂出函数
#include <semaphore.h>
int sem_wait(sem_t *sem);//P操作
int sem_post(sem_t *sem);//V操作
Link with -pthread.
4.sem_timedwait()超时等待
int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
//跟sem_wait()类似,不过,如果P操作不能立即执行,该函数将投入睡眠
//并等待abs_timeout中指定的时间。
//如果超时依旧无法执行P操作,则返回timeout错误
4.1 无名信号量的创建
sem_t sem;
... ...
sem_init(&sem, 0, 0) == -1);
4.2 有名信号量的使用
//有名信号量要指定一个名字somename,打开成功后
//将以sem.somename的形式存在于/dev/shm/目录下。
//书中用二值信号量做互斥同步,这里我直接用mutex。
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <semaphore.h>
#include <time.h>
#include <assert.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#define MAXSIZE 10
void *produce(void *);
void *consume(void *);
typedef void *(*handler_t)(void *);//线程函数指针
struct _shared
{
int buff[MAXSIZE];
sem_t *nempty;
sem_t *nstored;
};//共享缓冲
typedef struct _shared shared;
shared shared_;
pthread_mutex_t mutex;//互斥锁
int nitems;//生产和消费的数目
int main(int argc,char **argv)
{
if (argc !=2)
{
printf("usage:namedsem <#items>\r\n");
exit(-1);
}
nitems=atoi(argv[1]);
const char *const SEM_NEMPTY = "nempty";//信号量的“名字”
const char *const SEM_NSTORED = "nstored";//信号量的“名字”
pthread_t tid_produce;//生产者线程 id
pthread_t tid_consume;//消费者线程 id
//初始化信号量和互斥锁
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
shared_.nstored=sem_open(SEM_NSTORED,O_CREAT|O_EXCL,0644,0);
shared_.nempty=sem_open(SEM_NEMPTY,O_CREAT|O_EXCL,0644,MAXSIZE);
memset(shared_.buff,0x00,MAXSIZE);
//线程创建
handler_t handler=produce;
pthread_setconcurrency(2);
if((pthread_create(&tid_produce,NULL,handler,NULL))<0)
{
printf("pthread_create error\r\n");
exit(-1);
}
// sleep(5);
handler=consume;
if((pthread_create(&tid_consume,NULL,handler,NULL))<0)
{
printf("pthread_create error\r\n");
exit(-1);
}
//线程回收
pthread_join(tid_produce,NULL);
pthread_join(tid_consume,NULL);
//信号量锁销毁
sem_unlink(SEM_NEMPTY);
sem_unlink(SEM_NSTORED);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
exit(0);
}
void *produce(void *args)
{
int i;
for(i=0;i<nitems;i++)
{
sem_wait(shared_.nempty);
pthread_mutex_lock(&mutex);
shared_.buff[i%MAXSIZE]=i;
printf("add an item\r\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sem_post(shared_.nstored);
}
return NULL;
}
void *consume(void *args)
{
int i;
for(i=0;i<nitems;i++)
{
sem_wait(shared_.nstored);
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("consume an item\r\n");
if(shared_.buff[i%MAXSIZE]!=i)
printf("buff[%d]=%d\r\n",i,shared_.buff[i%MAXSIZE]);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sem_post(shared_.nempty);
}
return NULL;
}
项目2结尾
项目1分析回顾
红黑树和红黑树实现map和set
模式和锁和posix信号量的使用
第一个项目
上一篇: 信号量与并发控制