【多线程】使用信号量进行同步【转】

信号量是最早出现的用来解决进程同步与互斥问题的机制(也可实现进程通信)，包括一个称为信号量的变量及对它进行的两个原语操作。信号量为一个整数，我们设这个信号量为：sem。很显然，我们规定在sem大于等于零的时候代表可供并发进程使用的资源实体数，sem小于零的时候，表示正在等待使用临界区的进程的个数。根据这个原则，在给信号量附初值的时候，我们显然就要设初值大于零。

p操作和v操作是不可中断的程序段，称为原语。P,V原语中P是荷兰语的Passeren，相当于英文的pass, V是荷兰语的Verhoog,相当于英文中的incremnet。

且在P,V愿语执行期间不允许有中断的发生。

首先应弄清PV操作的含义：PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程），对信号量进行操作，具体定义如下：

P（S）：①将信号量S的值减1，即S=S-1；②如果S>=0，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。

V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1；②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。

PV操作的意义：我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。

什么是信号量？信号量（semaphore）的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该 信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。注意，信号量的值仅能由PV操作来改变。

    一般来说，信号量S>=0时，S表示可用资源的数量。执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源，因此S的值减1；

当S<0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S的值加1；

若S<=0，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。

对信号量有4种操作(include<semaphore>)：

1. 初始化（initialize），int set_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);//第二参数为0表示进程间不共享

2. 等信号（wait），int sem_wait(sem_t *sem);//信号量大于1时，减一并返回；小于1时线程阻塞。

3. 给信号（signal）int sem_post（sem_t *sem）;//信号量加一

4. 清理（destory） int sem_destory(sem_t *sem);

使用信号量实现生产者-消费者例子：

[cpp] ​​view plain​​​ ​​copy​​
1. #define BUFFER_SIZE 16 // 缓冲区数量
2. 
3. struct prodcons
4. {
5. // 缓冲区相关数据结构
6. int buffer[BUFFER_SIZE]; /* 实际数据存放的数组*/
7. int readpos, writepos; /* 读写指针*/
8. /* 缓冲区非空的条件变量 */
9. /* 缓冲区未满的条件变量 */
10. /*输入互斥信号量*/
11. /*取出互斥信号量*/
12. };
13. /* 初始化缓冲区结构 */
14. void init(struct prodcons *b)
15. {
16. b->readpos = 0;
17. b->writepos = 0;
18. sem_init(&b->empty,0,BUFFER_SIZE);
19. sem_init(&b->occupied,0,0);
20. //二进制信号量，相当于互斥锁
21. sem_init(&b->s_take,0,1);
22. }
23. /* 将产品放入缓冲区,这里是存入一个整数*/
24. void put(struct prodcons *b, int data)
25. {
26. /*查看空位信号量，是否可以放入产品*/
27. sem_wait(&b->empty);
28. /*查看是否有其他线程正在放入,同一时刻只能一个线程放入*/
29. sem_wait(&b->s_put);
30. /* 写数据,并移动指针 */
31. b->buffer[b->writepos] = data;
32. b->writepos++;
33. if (b->writepos >= BUFFER_SIZE)
34. b->writepos = 0;
35. //解除互斥
36. //放入完成，被占位置信号量加一
37. 
38. }
39. /* 从缓冲区中取出整数*/
40. int get(struct prodcons *b)
41. {
42. int data;
43. /*查看被占信号量，是否有产品可以拿出*/
44. sem_wait(&b->occupied);
45. /*查看是否有其他线程正在拿出,同一时刻只能一个线程拿出*/
46. sem_wait(&b->s_take);
47. /* 读数据,移动读指针*/
48. data = b->buffer[b->readpos];
49. b->readpos++;
50. if (b->readpos >= BUFFER_SIZE)
51. b->readpos = 0;
52. //解除互斥
53. //拿出完成，被空位信号量加一
54. return data;
55. }
56. 
57. /* 测试:生产者线程将1 到100 的整数送入缓冲区,消费者线
58. 程从缓冲区中获取整数,两者都打印信息*/
59. #define OVER ( - 1)
60. struct prodcons buffer;
61. void *producer(void *data)
62. {
63. int n;
64. for (n = 0; n < 100; n++)
65. {
66. "%d --->\n", n);
67. put(&buffer, n);
68. } put(&buffer, OVER);
69. return NULL;
70. }
71. 
72. void *consumer(void *data)
73. {
74. int d;
75. while (1)
76. {
77. d = get(&buffer);
78. if (d == OVER)
79. break;
80. "--->%d \n", d);
81. }
82. return NULL;
83. }
84. 
85. int main(void)
86. {
87. pthread_t th_a, th_b;
88. void *retval;
89. init(&buffer);
90. /* 创建生产者和消费者线程*/
91. pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0);
92. pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0);
93. /* 等待两个线程结束*/
94. pthread_join(th_a, &retval);
95. pthread_join(th_b, &retval);
96. return 0;
97. }
98. <span style="font-family:KaiTi_GB2312;font-size:18px;"><strong>
99. </strong></span>      

互斥锁和信号量的区别：

互斥锁：

　　互斥锁是一种保护机制。上锁后其他线程不能进入保护区域的代码，直到锁被释放。

信号量：

　　信号量是一种同步机制。信号量的值代表可用的资源数目，当值大于0代表有可用资源，则允许继续操作，否则线程阻塞，等待可用资源。

当可用资源是1时，信号量与互斥锁基本没区别，都起保护作用。当资源数大于1，则当信号量大于0时线程都可进行操作。如果资源大于1时使用互斥锁，则就算资源数大于1时，也只能有一个线程进入操作，其余线程必须阻塞。

信号量可用于进程通信和线程通信，而互斥锁只能用于线程通信。

    但是还是觉得互斥锁就可以认为是信号量的特例。