前言
在多线程编程领域，理解 POSIX 信号量的概念和相关函数是至关重要的。POSIX 信号量作为一种重要的同步原语，可以帮助我们在多线程环境中实现线程之间的协调与同步，从而确保数据的一致性和避免竞争条件的发生。
本篇博客旨在深入探讨 POSIX 信号量的基本概念和相关函数，帮助读者全面理解这一关键的并发编程工具。通过本文的学习，读者将能够掌握如何灵活地运用 POSIX 信号量来构建并发程序，提高程序的性能和可靠性。让我们一起深入探索 POSIX 信号量的奥秘，为多线程编程的世界增添新的智慧与力量。
1 POSIX信号量相关概念
POSIX信号量是什么？
信号量的本质是一个计数器，是用来描述临界资源有效的计数器
POSIX信号量和SystemV信号量作用相同，都是用于同步操作，达到无冲突的访问共享资源目的。 但POSIX可以用于线程间同步。
当多个线程想要获取信号量的时候，都会对信号量当中的资源计数器进行减一操作。
如果初始化信号量的资源计数器的值为1表示当前只有一个资源，这就意味着只有一个线程在同一时刻可以获取到信号量。
如果想要实现线程同步，初始化信号量的资源计数器的值就不必为1了，它可以根据需要设置
- 如果大于0则表示还有多少资源可以使用
- 等于0则表示没有资源可以使用
- 小于0则表示有多少线程在等待资源。
2 POSIX信号量相关函数
- 信号量初始化
#include <semaphore.h> int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); 参数： sem_t: 信号量的类型 sem: 传入待要初始化的信号量 pshared: 0 表示线程间共享，非0表示进程间共享 value：信号量初始值
- 信号量销毁
int sem_destroy(sem_t *sem); 参数： sem:待销毁的信号量
- 信号量等待
功能：等待信号量，会将信号量的值减1 int sem_wait(sem_t *sem); //P()
- 信号量发布
功能：发布信号量，表示资源使用完毕，可以归还资源了。将信号量值加1。 int sem_post(sem_t *sem);//V()
3 基于环形队列的生产消费模型
- 上一个生产者-消费者的例子是基于queue的,其空间可以动态分配,现在基于固定大小的环形队列重写这个程序（POSIX信号量）。
- 环形结构起始状态和结束状态都是一样的，不好判断为空或者为满，所以可以通过加计数器或者标记位来判断满或者空。另外也可以预留一个空的位置，作为满的状态
但是我们现在有信号量这个计数器，就很简单的进行多线程间的同步过程
实现代码如下：
RingQueue.cc
#pragma #include<iostream> #include<unistd.h> #include<vector> #include<semaphore.h> #include<stdlib.h> #define NUM 10 class RingQueue { private: std::vector<int> v; int _cap;//容量 sem_t sem_product;//生产者 sem_t sem_consume;//消费者 int p_index;//生产者索引 int c_index;//消费者索引 public: RingQueue(int cap=NUM) :_cap(cap),v(cap) { sem_init(&sem_product,0,cap); sem_init(&sem_consume,0,0); p_index = 0; c_index = 0; } ~RingQueue(){ sem_destroy(&sem_product); sem_destroy(&sem_consume); } void put(const int&in){ sem_wait(&sem_product); v[p_index] = in; p_index++; p_index = p_index%NUM; sem_post(&sem_consume); } void get(int &out){ sem_wait(&sem_consume); out = v[c_index]; c_index++; c_index = c_index%NUM; sem_post(&sem_product); } };
main.cc
#include"RingQueue.cc" using namespace std; void* Consumer(void* arg){ RingQueue *bq = (RingQueue*)arg; int data; while(1){ bq->get(data); cout<<"I am "<<pthread_self()<<" is consumer : "<<data<<endl; } } void* Product(void* arg){ RingQueue* bq = (RingQueue*)arg; srand((unsigned int)time(NULL)); while(1){ int data = rand()%100; bq->put(data); cout<<"I am "<<pthread_self()<<" is product "<<data<<endl; sleep(1); } } int main() { RingQueue* pq = new RingQueue(); pthread_t c; pthread_t p; pthread_create(&c,NULL,Consumer,(void*)pq); pthread_create(&p,NULL,Product,(void*)pq); pthread_join(c,NULL); pthread_join(p,NULL); return 0; }
makefile
main:main.cc g++ -o $@ $^ -lpthread .PHONY: clean: rm -f main
结果：
可以观察到生产一个消费一个
