详谈Linux操作系统的信号量（附源码）

大家知道，互斥锁可以用于线程间同步，但是，每次只能有一个线程抢到互斥锁，这样限制了程序的并发行。如果我们希望允许多个线程同时访问同一个资源，那么使用互斥锁是没有办法实现的，只能互斥锁会将整个共享资源锁住，只允许一个线程访问。

这种现象，使得线程依次轮流运行，也就是线程从并行执行变成了串行执行，这样与直接使用单进程无异。

于是，Linux系统提出了信号量的概念。这是一种相对比较折中的处理方式，它既能保证线程间同步，数据不混乱，又能提高线程的并发性。注意，这里提到的信号量，与我们所学的信号没有一点关系，就比如Java与JavaScript没有任何关系一样。

主要应用函数：

sem_init函数

sem_destroy函数

sem_wait函数

sem_trywait函数

sem_timedwait函数

sem_post函数

以上6 个函数的返回值都是：成功返回0， 失败返回-1，同时设置errno。

细心的读者可能留意到，它们没有pthread前缀，这说明信号量不仅可以用在线程间，也可以用在进程间。

sem_t数据类型，其本质仍是结构体。但是类似于文件描述符一样，我们在应用期间可简单将它看作为整数，而忽略实现细节。

使用方法：sem_t sem; 我们约定，信号量sem不能小于0。使用时，注意包含头文件 。

类似于互斥锁，信号量也有类似加锁和解锁的操作，加锁使用sem_wait函数，解锁使用sem_post函数。这两个函数有如下特性：

调用sem_post时，如果信号量大于0，则信号量减一;

当信号量等于0时，调用sem_post时将造成线程阻塞;

调用sem_post时，将信号量加一，同时唤醒阻塞在信号量上的线程。

上面提到的对线程的加一减一操作，由于sem_t的实现对用户隐藏，所以这两个操作只能通过函数来实现，而不能直接使用++、--符号来操作。

##sem_init函数

函数原型： int sem_init（sem_t *sem， int pshared， unsigned int value）;

函数作用： 初始化一个信号量;

参数说明： sem：信号量 ; pshared：取0时，信号量用于线程间同步;取非0（一般为1）时则用于进程间同步; value：指定信号量初值，而信号量的初值，决定了允许同时占用信号量的线程的个数。

##sem_destroy函数

函数原型： int sem_destroy（sem_t *sem）;

函数作用： 销毁一个信号量

##sem_wait函数

函数原型： int sem_wait（sem_t *sem）;

函数作用： 给信号量值加一

##sem_post函数

函数原型： int sem_post（sem_t *sem）;

函数作用： 给信号量值减一

##sem_trywait函数

函数原型： int sem_trywait（sem_t *sem）;

函数作用： 尝试对信号量加锁，与pthread_mutex_trylock类似;

##sem_timedwait函数

函数原型： int sem_timedwait（sem_t sem， const struct timespec abs_timeout）;

函数作用： 限时尝试对信号量加锁

参数说明： sem：信号量; abs_timeout：与pthread_cond_timedwait一样，采用的是绝对时间。

用法如下（例如超时时间设为1秒）：

time_t cur = time（NULL）;

获取当前时间。 struct timespec t;

定义timespec 结构体变量t t.tv_sec = cur+1;

定时1秒 t.tv_nsec = t.tv_sec +100;

sem_timedwait（&sem， &t）;

传参

生产者消费者信号量模型：

/*信号量实现 生产者 消费者问题*/ #include 《stdlib.h》 #include 《unistd.h》 #include 《pthread.h》 #include 《stdio.h》 #include 《semaphore.h》 #define NUM 5 int queue［NUM］; //全局数组实现环形队列 sem_t blank_number， product_number; //空格子信号量， 产品信号量 void *producer（void *arg） { int i = 0; while （1） { sem_wait（&blank_number）; //生产者将空格子数--，为0则阻塞等待 queue［i］ = rand（） % 1000 + 1; //生产一个产品 printf（“----Produce---%d\n”， queue［i］）; sem_post（&product_number）; //将产品数++ i = （i+1） % NUM; //借助下标实现环形 sleep（rand（）%3）; } } void *consumer（void *arg） { int i = 0; while （1） { sem_wait（&product_number）; //消费者将产品数--，为0则阻塞等待 printf（“-Consume---%d\n”， queue［i］）; queue［i］ = 0; //消费一个产品 sem_post（&blank_number）; //消费掉以后，将空格子数++ i = （i+1） % NUM; sleep（rand（）%3）; } } int main（int argc， char *argv［］） { pthread_t pid， cid; sem_init（&blank_number， 0， NUM）; //初始化空格子信号量为5 sem_init（&product_number， 0， 0）; //产品数为0 pthread_create（&pid， NULL， producer， NULL）; pthread_create（&cid， NULL， consumer， NULL）; pthread_join（pid， NULL）; pthread_join（cid， NULL）; sem_destroy（&blank_number）; sem_destroy（&product_number）; return 0; }

运行结果：

责编AJX