Linux C++ 信号量學習 sem_init sem_post sem_wait sem_timedwait

一、函數簡介

信号量的資料類型為結構sem_t，它本質上是一個長整型的數。函數sem_init（）用來初始化一個信号量。它的原型為：　　

extern int sem_init __P ((sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value));　　

sem為指向信号量結構的一個指針；pshared不為０時此信号量在程序間共享，否則隻能為目前程序的所有線程共享；value給出了信号量的初始值。　　

（1）函數sem_post( sem_t *sem )用來增加信号量的值。當有線程阻塞在這個信号量上時，調用這個函數會使其中的一個線程不在阻塞，選擇機制同樣是由線程的排程政策決定的。　　

（2）函數sem_wait( sem_t *sem )被用來阻塞目前線程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞後将sem的值減一，表明公共資源經使用後減少。函數sem_trywait ( sem_t *sem )是函數sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量sem的值減一。　　

（3）函數sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout) 與 sem_wait() 類似，隻不過 abs_timeout 指定一個阻塞的時間上限，如果調用因不能立即執行遞減而要阻塞。

（4）函數sem_destroy(sem_t *sem)用來釋放信号量sem。　

二、函數參數說明

信号量用sem_init函數建立的，下面是它的說明：

#include<semaphore.h>

       int sem_init (sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

       這個函數的作用是對由sem指定的信号量進行初始化，設定好它的共享選項，并指定一個整數類型的初始值。pshared參數控制着信号量的類型。如果 pshared的值是０，就表示它是目前裡程的局部信号量；否則，其它程序就能夠共享這個信号量。我們現在隻對不讓程序共享的信号量感興趣。　（這個參數 受版本影響），　pshared傳遞一個非零将會使函數調用失敗。

這兩個函數控制着信号量的值，它們的定義如下所示：

#include <semaphore.h>

       int sem_wait(sem_t * sem);

       int sem_post(sem_t * sem);

       int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);

<1>sem_post函數的作用是給信号量的值加上一個“1”，它是一個“原子操作”－－－即同時對同一個信号量做加“1”操作的兩個線程是不會沖突的；而同時對同一個檔案進行讀、加和寫操作的兩個程式就有可能會引起沖突。信号量的值永遠會正确地加一個“2”－－因為有兩個線程試圖改變它。

<2>sem_timedwait() 與 sem_wait() 類似，隻不過 abs_timeout 指定一個阻塞的時間上限，如果調用因不能立即執行遞減而要阻塞。abs_timeout 參數指向一個指定絕對逾時時刻的結構，這個結果由自Epoch，1970-01-01 00:00:00 +0000(UTC) 秒數和納秒數構成。這個結構定義如下：

            struct timespec {

                time_t tv_sec;        

                long   tv_nsec;      

            };

            如果調用時逾時時刻已經到點，并且信号量不能立即鎖定，那麼 sem_timedwait() 将失敗于逾時(errno 設定為 ETIMEDOUT)。

            如果操作能被立即執行，那麼 sem_timedwait() 永遠不會失敗于逾時錯誤，而不管 abs_timeout 的值。進一步說，abs_timeout 的驗證在此時沒有進行。 

<3>sem_wait函數也是一個原子操作，它的作用是從信号量的值減去一個“1”，但它永遠會先等待該信号量為一個非零值才開始做減法。也就是說，如果你對 一個值為2的信号量調用sem_wait(),線程将會繼續執行，介信号量的值将減到1。如果對一個值為0的信号量調用sem_wait()，這個函數就 會地等待直到有其它線程增加了這個值使它不再是0為止。如果有兩個線程都在sem_wait()中等待同一個信号量變成非零值，那麼當它被第三個線程增加 一個“1”時，等待線程中隻有一個能夠對信号量做減法并繼續執行，另一個還将處于等待狀态。

        信号量這種“隻用一個函數就能原子化地測試和設定”的能力下正是它的價值所在。 還有另外一個信号量函數 sem_trywait ，它是sem_wait的非阻塞搭檔。

        最後一個信号量函數是sem_destroy。這個函數的作用是在我們用完信号量對它進行清理。下面的定義：

         #include<semaphore.h>

         int sem_destroy (sem_t *sem);

         這個函數也使用一個信号量指針做參數，歸還自己戰勝的一切資源。在清理信号量的時候如果還有線程在等待它，使用者就會收到一個錯誤。

        與其它的函數一樣，這些函數在成功時都傳回“0”。

三、示例代碼

//g++ semtest.cpp -o test -lpthread

#include <stdio.h>

#include <semaphore.h>

#include <pthread.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/time.h>

sem_t sem;

int64_t getTimeMsec()

{

    struct  timeval    tv;

    gettimeofday(&tv, NULL);

    return tv.tv_sec * 1000 + tv.tv_usec / 1000;

}

void* func_sem_wait(void* arg)

{

    printf("set wait\n");

    sem_wait(&sem);

    printf("sem wait success\n");

    int *running = (int*)arg;

    printf("func_sem_wait running\n");

    printf("%d\n", *running);

}

void* func_sem_timedwait(void* arg)

{

    timespec timewait;

    timewait.tv_sec = getTimeMsec() / 1000 + 2;

    timewait.tv_nsec = 0;

    printf("sem_timedwait\n");

    int ret = sem_timedwait(&sem, &timewait);

    printf("sem_timedwait,ret=%d\n", ret);

    printf("func_sem_timedwait running\n");

}

void* func_sem_post(void* arg)

{

    printf("func_sem_post running\n");

    printf("sem post\n");

    int *a = (int*)arg;

    *a = 6;

    sem_post(&sem);

    sem_post(&sem);

}

int main()

{

    sem_init(&sem, 0, 0);

    pthread_t thread[3];

    int a = 5;

    pthread_create(&(thread[0]), NULL, func_sem_wait, &a);

    printf("thread func_sem_wait\n");

    pthread_create(&(thread[2]), NULL, func_sem_timedwait, &a);

    printf("thread func_sem_timedwait\n");

    sleep(4);

    pthread_create(&(thread[1]), NULL, func_sem_post, &a);

    printf("thread func_sem_post\n");

    pthread_join(thread[0], NULL);

    pthread_join(thread[1], NULL);

    pthread_join(thread[2], NULL);

    sem_destroy(&sem);

}