Linux 執行緒】執行緒同步《四》
阿新 • • 發佈：2018-12-19
1、訊號量
（1）概念
訊號量和互斥鎖(mutex)的區別：互斥鎖只允許一個執行緒進入臨界區，而訊號量允許多個執行緒同時進入臨界區。
不多做解釋，要使用訊號量同步，需要包含標頭檔案semaphore.h。
主要用到的函式：
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);其中sem是要初始化的訊號量，pshared表示此訊號量是在程序間共享還是執行緒間共享，value是訊號量的初始值。int sem_destroy(sem_t *sem);其中sem是要銷燬的訊號量。只有用sem_init初始化的訊號量才能用sem_destroy銷燬。int sem_wait(sem_t *sem);等待訊號量，如果訊號量的值大於0，將訊號量的值減1，立即返回。如果訊號量的值為0，則執行緒阻塞。相當於P操作。成功返回0，失敗返回-1。int sem_post(sem_t *sem);釋放訊號量，讓訊號量的值加1。相當於V操作。
（2）舉例
《舉例1》
1 /************************************************************************* 2 > File Name: semTest1.c 3 > Summary: 訊號量實現生產者&消費者模型4 > Author: xuelisheng 5 > Created Time: 2018年12月18日 6 ************************************************************************/ 7 8 #include <stdio.h> 9 #include <unistd.h> 10 #include <pthread.h> 11 #include <stdio.h> 12 #include <semaphore.h> 13 14#define NUM 5 15 16 int queue[NUM]; // 全域性陣列實現環形佇列 17 sem_t blank_number, product_number; // 定義2個訊號量：空格子訊號量 產品訊號量 18 19 void *producer(void *arg) 20 { 21 int i = 0; 22 while(1) 23 { 24 // int sem_post(sem_t *sem); 釋放訊號量，讓訊號量的值加1。相當於V操作。 25 sem_wait(&blank_number); // 生產者將空格字數 -- ，為0則阻塞等待 26 queue[i] = rand() % 1000 + 1; // 生產一個產品 27 printf("-----producer-----%d i = %d\n",queue[i], i); 28 sem_post(&product_number); // 將產品數 ++ 喚醒 29 30 i = (i+1) % NUM; // 藉助下標實現環形佇列 31 sleep(rand() % 1); 32 } 33 } 34 35 void *consumer(void *arg) 36 { 37 int i = 0; 38 while(1) 39 { 40 // int sem_wait(sem_t *sem);等待訊號量，如果訊號量的值大於0,將訊號量的值減1,立即返回。如果訊號量的值為0,則執行緒阻塞。相當於P操作。成功返回0,失敗返回-1。 41 sem_wait(&product_number); // 消費者將產品訊號量數 --，為0則阻塞等待 42 printf("-----consumer-----%d i = %d\n", queue[i], i); 43 queue[i] = 0; // 消費一個產品（填充0表示） 44 sem_post(&blank_number); // 消費掉之後，將格子數 ++ 45 46 i= (i+1) % NUM; 47 sleep(rand() % 3); 48 } 49 } 50 51 int main() 52 { 53 pthread_t pid, cid; 54 55 // int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);，其中sem是要初始化的訊號量，pshared表示此訊號量是在程序間共享還是執行緒間共享(0表示執行緒)，value是訊號量的初始值。 56 sem_init(&blank_number, 0, NUM); 57 sem_init(&product_number, 0, 0); 58 59 pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL); 60 pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL); 61 62 pthread_join(pid, NULL); 63 pthread_join(cid, NULL); 64 65 // int sem_destroy(sem_t *sem); 其中sem是要銷燬的訊號量。只有用sem_init初始化的訊號量才能用sem_destroy銷燬。 66 sem_destroy(&blank_number); 67 sem_destroy(&product_number); 68 69 return 0; 70 }
執行結果：
-----producer-----384 i = 0 -----consumer-----384 i = 0 -----producer-----778 i = 1 -----producer-----336 i = 2 -----producer-----493 i = 3 -----producer-----422 i = 4 -----producer-----28 i = 0 -----consumer-----778 i = 1 -----producer-----764 i = 1 -----consumer-----336 i = 2 -----producer-----427 i = 2 -----consumer-----493 i = 3 -----producer-----212 i = 3 -----consumer-----422 i = 4 -----producer-----430 i = 4 -----consumer-----28 i = 0 -----producer-----863 i = 0
《舉例2》
1 /************************************************************************* 2 > File Name: semTest2.c 3 > Summary: 基於訊號量的多執行緒同步，作業系統原理中的P,V操作 4 > Author: xuelisheng 5 > Created Time: 2018年12月18日 6 ************************************************************************/ 7 #include <pthread.h> 8 #include <semaphore.h> 9 #include <unistd.h> 10 #include <stdio.h> 11 #include <stdlib.h> 12 13 14 /* @Scene: 某行業營業廳同時只能服務兩個顧客。 15 * 有多個顧客到來，每個顧客如果發現服務視窗已滿，就等待， 16 * 如果有可用的服務視窗，就接受服務。 */ 17 18 /* 將訊號量定義為全域性變數，方便多個執行緒共享 */ 19 sem_t sem; 20 21 /* 每個執行緒要執行的例程 */ 22 void * get_service(void *thread_id) 23 { 24 /* 注意：立即儲存thread_id的值，因為thread_id是對主執行緒中迴圈變數i的引用，它可能馬上被修改 */ 25 int customer_id = *((int *)thread_id); 26 27 if(sem_wait(&sem) == 0) // 對共享資源的控制（每次只能2個執行緒對共享資源進行訪問） 28 { 29 usleep(100); /* service time: 100ms */ 30 printf("customer %d receive service ...\n", customer_id); 31 sem_post(&sem); 32 } 33 } 34 35 #define CUSTOMER_NUM 10 36 37 int main(int argc, char *argv[]) 38 { 39 /* 初始化訊號量，初始值為2，表示有兩個顧客可以同時接收服務 */ 40 /* @prototype: int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); */ 41 /* pshared: if pshared == 0, the semaphore is shared among threads of a process 42 * otherwise the semaphore is shared between processes. */ 43 sem_init(&sem, 0, 2); 44 45 /* 為每個顧客定義一個執行緒id, pthread_t 其實是unsigned long int */ 46 // 定義10個執行緒 47 pthread_t customers[CUSTOMER_NUM]; 48 49 int i, ret; 50 /* 為每個顧客生成一個執行緒 */ 51 for(i = 0; i < CUSTOMER_NUM; i++) 52 { 53 int customer_id = i; 54 ret = pthread_create(&customers[i], NULL, get_service, &customer_id); 55 if(ret != 0) 56 { 57 perror("pthread_create"); 58 exit(1); 59 } 60 else 61 { 62 printf("Customer %d arrived.\n", i); 63 } 64 usleep(10); 65 } 66 67 /* 等待所有顧客的執行緒結束 */ 68 /* 注意：這地方不能再用i做迴圈變數，因為可能執行緒中正在訪問i的值 */ 69 int j; 70 for(j = 0; j < CUSTOMER_NUM; j++) 71 { 72 pthread_join(customers[j], NULL); 73 } 74 75 /* Only a semaphore that has been initialized by sem_init(3) 76 * should be destroyed using sem_destroy().*/ 77 sem_destroy(&sem); 78 return 0; 79 }
執行結果：（結果不唯一）
Customer 0 arrived. Customer 1 arrived. customer 0 receive service ... Customer 2 arrived. customer 1 receive service ... Customer 3 arrived. customer 2 receive service ... Customer 4 arrived. customer 3 receive service ... Customer 5 arrived. customer 4 receive service ... Customer 6 arrived. customer 5 receive service ... Customer 7 arrived. customer 6 receive service ... Customer 8 arrived. customer 7 receive service ... Customer 9 arrived. customer 8 receive service ... customer 9 receive service ...
參考：https://www.cnblogs.com/jiqingwu/p/linux_semaphore_example.html