C語言：線程同步之信號量（sem_init,sem_post,sem_wait）

一、什麼是信號量

線程的信號量與進程間通信中使用的信號量的概念是一樣，它是一種特殊的變量，它可以被增加或減少，但對其的關鍵訪問被保證是原子操作。如果一個程序中有多個線程試圖改變一個信號量的值，系統將保證所有的操作都將依次進行。

而只有0和1兩種取值的信號量叫做二進制信號量，在這裏將重點介紹。而信號量一般常用於保護一段代碼，使其每次只被一個執行線程運行。我們可以使用二進制信號量來完成這個工作。

二、信號量的接口函數

信號量的函數都以sem_開頭，線程中使用的基本信號量函數有4個，它們都聲明在頭文件semaphore.h中。

sem_init函數

該函數用於創建信號量，其原型如下：

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

該函數初始化由sem指向的信號對象，設置它的共享選項，並給它一個初始的整數值。
pshared控制信號量的類型，如果其值爲0，就表示這個信號量是當前進程的局部信號量，否則信號量就可以在多個進程之間共享，value爲sem的初始值。調用成功時返回0，失敗返回-1.

sem_wait函數

該函數用於以原子操作的方式將信號量的值減1。原子操作就是，如果兩個線程企圖同時給一個信號量加1或減1，它們之間不會互相干擾。它的原型如下：

int sem_post(sem_t *sem);  

等待信號量，如果信號量的值大於0，將信號量的值減1，立即返回。如果信號量的值爲0，則線程阻塞。相當於P操作。成功返回0，失敗返回-1。sem指向的對象是由sem_init調用初始化的信號量。

sem_post函數

該函數用於以原子操作的方式將信號量的值加1。它的原型如下：

int sem_post(sem_t *sem);  

釋放信號量，讓信號量的值加1。相當於V操作。與sem_wait一樣，sem指向的對象是由sem_init調用初始化的信號量。調用成功時返回0，失敗返回-1.

sem_destroy函數

該函數用於對用完的信號量的清理。它的原型如下：

int sem_destroy(sem_t *sem);

成功時返回0，失敗時返回-1.

三、信號量的函數使用

代碼：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

  sem_t sem;

  void func1(void* arg)
  {
      sem_wait(&sem);
      int *running=arg;
      printf("thread running1\n");
      printf("%d\n",*running);
  }

  void func2(void* arg)
  {
      printf("pthread2 running\n");
      sem_post(&sem);
  }

  int main()
  {
      sem_init(&sem,0,0);
      pthread_t thread[2];
      int a=5;
      pthread_create(&(thread[0]),NULL,(void*)func1,(void*)&a);
      printf("main thread running\n");
      sleep(10);
      pthread_create(&(thread[1]),NULL,(void*)func2,(void*)&a);
      printf("main thread running2\n");
      pthread_join(thread[0],NULL);
      pthread_join(thread[1],NULL);
      sem_destroy(&sem);

      return 0;
  }

首先創建信號量，第二個參數爲0，表示這個信號量是當前進程的局部信號量，初始值爲0。

然後使用pthread_create()函數創建兩個線程，傳入參數a。

線程1創建完成後，由於信號量初始化value=0，調用sem_wait會阻塞這個線程，信號量的值將減少1（此時<0），這個線程函數就會等待。

主線程sleep(10)後，線程2創建並執行調用，sem_post用於使信號量的值增加1，此時線程1可以執行。

使用pthread_join等待所創建的兩個線程的結束。

編譯：

 gcc testSem.c -o testSem -lpthread
 ./testSem 

輸出：

main thread running
main thread running2
pthread2 running
thread running1
5