[toc] --- ## 前言 [原文](https://www.cnblogs.com/lizhuming/p/14299764.html) ## 8. POSIX訊號量 ### 8.1 概念 * 訊號量（Semaphore）是一種實現程序/執行緒間通訊的機制，可以實現程序/執行緒之間同步或臨界資源的互斥訪問， 常用於協助一組相互競爭的程序/執行緒來訪問臨界資源。 * 在POSIX標準中分無名訊號量和有名訊號量： * 無名訊號量 * 一般用於**執行緒**間同步或互斥 * 無名訊號量保存於記憶體中 * 有名訊號量 * 一般用於**程序**間同步或互斥 * 有名訊號量保持於檔案中 * 訊號量P、V操作 * P操作（申請資源） * 如果有可用資源，則申請成功，訊號量減一 * 如果沒有可用資源，則申請失敗，進入阻塞或返回 * V操作（釋放資源） * 如果訊號量的等待佇列中有程序/執行緒在等待，則喚醒一個阻塞的程序/執行緒 * 如果沒有程序/執行緒等待阻塞，則訊號量加一 ### 8.2 POSIX無名訊號量 * 無名訊號量直接存於記憶體中，不同程序之間不能互相訪問。fork程序中的無名訊號量於父程序中的無名訊號量是兩個獨立的訊號量。若非要無名訊號量用於程序間，則可把訊號量放在共享記憶體中。 * 包含標頭檔案 **`#include semaphore.h`** * 相關函式 ```c int sem_init(sem_t *sem， int pshared， unsigned int value); int sem_destroy(sem_t *sem); int sem_wait(sem_t *sem); int sem_trywait(sem_t *sem); int sem_post(sem_t *sem); ``` * **`int sem_init(sem_t *sem， int pshared， unsigned int value);`** ：初始化訊號量 * **`int sem_destroy(sem_t *sem);`** ：銷燬訊號量 * **`int sem_wait(sem_t *sem);`** ：P操作，帶阻塞。成功返回0，失敗返回-1 * **`int sem_trywait(sem_t *sem);`** ：P操作，不阻塞。成功返回0，失敗返回EAGAIN * **`int sem_post(sem_t *sem);`** ：V操作。成功返回0，失敗返回-1 ### 8.3 POSIX有名訊號量 * 有名訊號量保存於檔案中，一般用於程序間同步或互斥。其檔名類似 **`sem.[訊號量名字]`** ，建立該訊號量成功後，系統會將其存放在 **/dev/shm**
中。程序退出後，該訊號量不會消失，需要手動刪除並釋放資源。 * 包含標頭檔案 **`#include semaphore.h`** * 相關函式 ```c sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value); int sem_wait(sem_t *sem); int sem_trywait(sem_t *sem); int sem_post(sem_t *sem); int sem_close(sem_t *sem); int sem_unlink(const char *name); ``` * **`sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value);`** ：開啟或建立一個有名訊號量 * **`int sem_wait(sem_t *sem);`** ：P操作，帶阻塞。成功返回0，失敗返回-1 * **`int sem_trywait(sem_t *sem);`** ：P操作，不阻塞。成功返回0，失敗返回EAGAIN * **`int sem_post(sem_t *sem);`** ：V操作。成功返回0，失敗返回-1 * **`int sem_close(sem_t *sem);`** ：關閉訊號量，表示當前程序取消對該訊號量的使用權。不影響其它程序/執行緒對其繼續使用。 * **`int sem_unlink(const char *name);`** ：刪除訊號量，其它程序/執行緒也訪問不了了。 ### 8.4 POPSIX訊號量與system V訊號量的區別 * 先簡單瞭解一下訊號量分類： 1. 二值訊號量：其值為0或為1。 2. 計數訊號量：其值為0至某個限制值（POSIX訊號量最大為32767） 3. 計數訊號量集：一個或多個計數訊號量構成一個集合。 * system V訊號量所指的是**計數訊號量集**，POSIX訊號量所指的是**單個計數訊號量** * system V訊號量，可以控制每次自增或自減的**訊號量計數**，而POSIX訊號量每次只能自增或自減**1** * system V訊號量提供的API是沒有下劃線的：**`semctl()、semget() 和 semop()`** * system V訊號量是**核心持續**的；POSIX無名訊號量是**程序持續**的；POSIX有名訊號量是**核心持續**的 ## 9. POSIX互斥鎖 ### 9.1 概念 * 當不同程序/執行緒去訪問某個臨界資源的時候，就需要進行互斥保護，這種互斥保護可以看做是一種鎖機制。好比上廁所，鎖住門，不讓別人進。 * 互斥鎖和訊號量不同的是，它具有互斥鎖所有權、遞迴訪問等特性，常用於實現對臨界資源的獨佔式處理，任意時刻互斥鎖的狀態只有兩種，開鎖或閉鎖。 * 互斥鎖所有權就是互斥鎖被執行緒持有時，互斥鎖處於閉鎖狀態，執行緒獲得互斥鎖的所有權；當該執行緒釋放互斥鎖時，該互斥鎖處於開鎖狀態，執行緒失去該互斥鎖的所有權。 * 互斥鎖遞迴訪問，持有該互斥鎖的執行緒具有對該互斥鎖進行遞迴訪問。 * **避免死鎖需要遵循的規則** * 對共享資源操作前一定要獲得鎖 * 完成操作後一定要釋放鎖 * 儘量短時間佔用鎖 * 如果有多鎖, 如獲得順序是ABC連環扣, 釋放順序也應該是ABC。 * 互斥鎖比訊號量更適合的應用場景： * 保護臨界資源 * 執行緒可能會多次獲取互斥鎖的情況下。*這樣可以避免同一執行緒多次遞迴持有而造成死鎖的問題。* * 這裡的POSIX互斥鎖用於執行緒間 ### 9.2 初始化互斥鎖 * 包含標頭檔案 **`#include `** * **互斥鎖靜態初始化** 選擇以下其一即可 ```c pthread_mutex_t fastmutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 快速互斥鎖 pthread_mutex_t recmutex = PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP; // 遞迴互斥鎖 pthread_mutex_t errchkmutex = PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP; // 檢錯互斥鎖 ``` * 快速互斥鎖：具有阻塞機制，不具備遞迴特性。 * 遞迴互斥鎖：遞迴獲取互斥鎖時，持有互斥鎖的計數加1 * 檢錯互斥鎖：快速互斥鎖的非阻塞版本 * **互斥鎖動態初始化** * **mutex** 初始化互斥鎖結構的指標 * **mutexattr** 屬性引數，如果該引數為 NULL，則表示選擇預設配置，為快速互斥鎖。 ```c int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr); ``` ### 9.3 獲取互斥鎖與釋放互斥鎖 * 注：非遞迴互斥鎖不具備遞迴特性。 * **`int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);`** ：獲取互斥鎖並上鎖，具有阻塞功能 * **`int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);`** ：獲取互斥鎖並上鎖，不阻塞，發現鎖被佔用後會返回**EBUSY**錯誤 * **`int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);`** ：解鎖並釋放互斥鎖 ### 9.4 銷燬互斥鎖 * **`int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);`** ：銷燬互斥鎖 ## 參考