線程與信號量

   信號量的數據類型爲結構sem_t,它本質上是一個長整型的數。

------函數sem_init()用來初始化一個信號量。

       它的原型爲: extern int sem_init __P ((sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value));

sem爲指向信號量結構的一個指針;pshared不爲0時此信號量在進程間共享,否則只能爲當前進程的所有線程共享;value給出了信號量的初始值。

-----函數sem_post( sem_t *sem )用來增加信號量的值。當有線程阻塞在這個信號量上時,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調度策略決定的。 

-----函數sem_wait( sem_t *sem )被用來阻塞當前線程直到信號量sem的值大於0,解除阻塞後將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,它直接將信號量sem的值減一。

-----函數sem_destroy(sem_t *sem)用來釋放信號量sem

(1)信號量用sem_init函數創建的,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指定的信號量進行初始化,設置好它的共享選項,並指定一個整數類型的初始值。pshared參數控制着信號量的類型。如果 pshared的值是0,就表示它是當前里程的局部信號量;否則,其它進程就能夠共享這個信號量。我們現在只對不讓進程共享的信號量感興趣。 (這個參數受版本影響), pshared傳遞一個非零將會使函數調用失敗。
(2)這兩個函數控制着信號量的值,它們的定義如下所示:
  
  #include <semaphore.h>
        int sem_wait(sem_t * sem);
        int sem_post(sem_t * sem);
 
        這兩個函數都要用一個由sem_init調用初始化的信號量對象的指針做參數。
        sem_post函數的作用是給信號量的值加上一個“1”,它是一個“原子操作"即同時對同一個信號量做加“1”操作的兩個線程是不會衝突的;而同時對同一個文件進行讀、加和寫操作的兩個程序就有可能會引起衝突。信號量的值永遠會正確地加一個“2”--因爲有兩個線程試圖改變它。
        sem_wait函數也是一個原子操作,它的作用是從信號量的值減去一個“1”,但它永遠會先等待該信號量爲一個非零值纔開始做減法。也就是說,如果你對一個值爲2的信號量調用sem_wait(),線程將會繼續執行,信號量的值將減到1。如果對一個值爲0的信號量調用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爲止。如果有兩個線程都在sem_wait()中等待同一個信號量變成非零值,那麼當它被第三個線程增加一個“1”時,等待線程中只有一個能夠對信號量做減法並繼續執行,另一個還將處於等待狀態。
         信號量這種“只用一個函數就能原子化地測試和設置”的能力下正是它的價值所在。還有另外一個信號量函數sem_trywait,它是sem_wait的非阻塞搭檔。
    (3)  最後一個信號量函數是sem_destroy。這個函數的作用是在我們用完信號量對它進行清理。下面的定義:
          #include<semaphore.h>
          int sem_destroy (sem_t *sem);
          這個函數也使用一個信號量指針做參數,歸還自己佔據的一切資源。在清理信號量的時候如果還有線程在等待它,用戶就會收到一個錯誤。
         與其它的函數一樣,這些函數在成功時都返回“0”。

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程序舉例如下:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h> //包含線程相關頭文件
#include <errno.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <semaphore.h> //包含信號量相關頭文件
int lock_var;
time_t end_time;
sem_t sem1,sem2; //聲明兩個信號量
 

void pthread1(void *arg); //聲明兩個線程函數
void pthread2(void *arg);
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    pthread_t id1,id2; //聲明兩個線程
    pthread_t mon_th_id;
    int ret;
    end_time = time(NULL)+30;
    ret=sem_init(&sem1,0,1); //對信號量進行初始化,第一個0表示此信號量子整個進程中共享,第二個1表示信號量初始值
    ret=sem_init(&sem2,0,0);
    if(ret!=0)
    {
        perror("sem_init");
    }
    ret=pthread_create(&id1,NULL,(void *)pthread1, NULL); //創建線程
    if(ret!=0)
        perror("pthread cread1");
    ret=pthread_create(&id2,NULL,(void *)pthread2, NULL);
    if(ret!=0)
        perror("pthread cread2");
    pthread_join(id1,NULL); //用來等待線程1的結束
    pthread_join(id2,NULL); //用來等待線程2的結束
    exit(0);
}
 
void pthread1(void *arg) //線程1的執行內容
{
    int i;
    while(time(NULL) < end_time){
        sem_wait(&sem2); //線程阻塞一直等到sem2信號量大於0,執行後將sem2減1,代表資源已經被使用
        for(i=0;i<2;i++){
            sleep(1);
            lock_var++;
            printf("lock_var=%d/n",lock_var);
        }
        printf("pthread1:lock_var=%d/n",lock_var);
        sem_post(&sem1); //將信號量sem1的值加1,代表資源增加
        sleep(1);
    }
}
 
void pthread2(void *arg)
{
    int nolock=0;
    int ret;
    while(time(NULL) < end_time){
    sem_wait(&sem1);
    printf("pthread2:pthread1 got lock;lock_var=%d/n",lock_var);
    sem_post(&sem2);
    sleep(3);
    }
}
 
信號量的使用如下步驟小結:
 1.聲明信號量sem_t sem1;
 2.初始化信號量sem_init(&sem1,0,1); /
 3.sem_post和sem_wait函數配合使用來達到線程同步
 4.釋放信號量int sem_destroy (sem_t *sem1);

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