Linux系统编程-(pthread)线程通信(信号量)

1. 信号量介绍

信号量的运用环境与互斥锁一样，但是信号量比互斥锁增加灵活，互斥锁只有两个状态(开锁和解锁)，而信号量本质上是一个计数器，它内部有一个变量计数信号值，可以保护一个资源可以同时被1个或者2个或者3个线程同时使用，如果信号量的值只是设置1（状态只有0和1），那么和互斥锁就是一样的功能。

总结

1. 信号量也主要是用来保护共享资源（信号量也属于临界资源），使得资源在一个时刻只有一个线程或者多个线程独享。

2. 信号量是一种特殊的变量，访问具有原子性， 用于解决进程或线程间共享资源引发的同步问题。

3. 信号量就是一个计数变量，内部本身就是一个变量。只不过这个变量具有原子性。

4. 信号量经常用来保护临界区资源、实现资源同步。

5. 如果信号量只有2个值，0和1，就称为二值信号量==互斥锁。

**信号量和互斥锁(mutex)的区别：**互斥锁只允许一个线程进入临界区，而信号量允许多个线程同时进入临界区，要使用信号量同步，需要包含头文件semaphore.h。

2. 信号量实现接口函数

2.1 初始化信号量

#include <semaphore.h>
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); //通常 pshared 为 0.表示线程间

sem_init是创建信号量的 API，其中 value 为信号量的初值，pshared 表示是否为多进程共享而不仅仅是用于一个进程之间的多线程共享。

如果pshared的值为0，那么信号量在进程的线程之间共享，并且应位于所有线程可见的某个地址（例如，全局变量）能够，或在堆上动态分配的变量），如果pshared不为零，那么信号量在进程之间共享，信号量的值就位于共享内存区域。

2.2 注销信号量

int sem_destroy(sem_t * sem);

注销信号量时，必须保证被注销的信号量 sem没有线程在等待该信号量，否则会返回-1，且置 errno 为 EBUSY。正常返回0。

2.3 释放信号量

int sem_post(sem_t * sem); //相当于解锁

释放信号量操作将信号量值原子地加 1，表示增加一个可访问的资源。只有信号量值大于 0，才能访问公共资源。主要用来增加信号量的值。当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞。

2.4 等待信号量

int sem_wait(sem_t * sem);     //相当于加锁
int sem_trywait(sem_t * sem);   //不阻塞

sem_wait()用于阻塞等待信号量（获取信号量），主要被用来阻塞当前线程直到信号量 sem 的值大于 0，得到信号量之后，信号量的值会减一。

2.5 获取当前的信号量值

int sem_getvalue(sem_t * sem, int * sval);

读取sem中的信号量计数，存于*sval 中，并返回 0。

3. 案例代码: 信号量框架运用模型

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <dirent.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

sem_t sem; //信号量结构

int data;
/*
线程工作函数
*/
void *thread_work_func(void *dev)
{
    while(1)
    {
        sem_wait(&sem); //获取信号量. 当信号量的值大于0才能获取成功. --
        printf("data=%d\n",data);
        sem_post(&sem); //释放信号量.  ++
        sleep(1);
    }
}

/*
线程工作函数
*/
void *thread_work_func2(void *dev)
{
    while(1)
    {
        sem_wait(&sem); //获取信号量. 当信号量的值大于0才能获取成功. --
        data++;
        sem_post(&sem); //释放信号量.  ++
        sleep(1);
    }
}

int main(int argc,char **argv)
{   
    //初始化信号量
    sem_init(&sem,0,1);

    /*1. 创建子线程1*/
    pthread_t thread_id;
    if(pthread_create(&thread_id,NULL,thread_work_func,NULL)!=0)
    {
        printf("子线程1创建失败.\n");
        return -1;
    }
    /*2. 创建子线程2*/
    pthread_t thread_id2;
    if(pthread_create(&thread_id2,NULL,thread_work_func2,NULL)!=0)
    {
        printf("子线程2创建失败.\n");
        return -1;
    }

    /*3. 等待线程的介绍*/
    pthread_join(thread_id,NULL);
    pthread_join(thread_id2,NULL);

    //销毁信号量
    sem_destroy(&sem);
    return 0;
}