大家知道，互斥鎖可以用于線程間同步，但是，每次只能有一個(gè)線程搶到互斥鎖，這樣限制了程序的并發(fā)行。如果我們希望允許多個(gè)線程同時(shí)訪問同一個(gè)資源，那么使用互斥鎖是沒有辦法實(shí)現(xiàn)的，只能互斥鎖會(huì)將整個(gè)共享資源鎖住，只允許一個(gè)線程訪問。

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這種現(xiàn)象，使得線程依次輪流運(yùn)行，也就是線程從并行執(zhí)行變成了串行執(zhí)行，這樣與直接使用單進(jìn)程無異。

于是，Linux系統(tǒng)提出了信號量的概念。這是一種相對比較折中的處理方式，它既能保證線程間同步，數(shù)據(jù)不混亂，又能提高線程的并發(fā)性。注意，這里提到的信號量，與我們所學(xué)的信號沒有一點(diǎn)關(guān)系，就比如Java與JavaScript沒有任何關(guān)系一樣。

主要應(yīng)用函數(shù)：

• sem_init函數(shù) ​
• sem_destroy函數(shù) ​
• sem_wait函數(shù) ​
• sem_trywait函數(shù)
• ​sem_timedwait函數(shù)
• ​sem_post函數(shù)

以上6 個(gè)函數(shù)的返回值都是：成功返回0， 失敗返回-1，同時(shí)設(shè)置errno。

細(xì)心的讀者可能留意到，它們沒有pthread前綴，這說明信號量不僅可以用在線程間，也可以用在進(jìn)程間。

sem_t數(shù)據(jù)類型，其本質(zhì)仍是結(jié)構(gòu)體。但是類似于文件描述符一樣，我們在應(yīng)用期間可簡單將它看作為整數(shù)，而忽略實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

使用方法：sem_t sem; 我們約定，信號量sem不能小于0。使用時(shí)，注意包含頭文件 。

類似于互斥鎖，信號量也有類似加鎖和解鎖的操作，加鎖使用sem_wait函數(shù)，解鎖使用sem_post函數(shù)。這兩個(gè)函數(shù)有如下特性：

• 調(diào)用sem_post時(shí)，如果信號量大于0，則信號量減一;
• 當(dāng)信號量等于0時(shí)，調(diào)用sem_post時(shí)將造成線程阻塞;
• 調(diào)用sem_post時(shí)，將信號量加一，同時(shí)喚醒阻塞在信號量上的線程。

上面提到的對線程的加一減一操作，由于sem_t的實(shí)現(xiàn)對用戶隱藏，所以這兩個(gè)操作只能通過函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，而不能直接使用++、--符號來操作。

##sem_init函數(shù)

• 函數(shù)原型： int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
• 函數(shù)作用： 初始化一個(gè)信號量;
• 參數(shù)說明： sem：信號量 ; pshared：取0時(shí)，信號量用于線程間同步;取非0(一般為1)時(shí)則用于進(jìn)程間同步; value：指定信號量初值，而信號量的初值，決定了允許同時(shí)占用信號量的線程的個(gè)數(shù)。

##sem_destroy函數(shù)

• 函數(shù)原型： int sem_destroy(sem_t *sem);
• 函數(shù)作用： 銷毀一個(gè)信號量

##sem_wait函數(shù)

• 函數(shù)原型： int sem_wait(sem_t *sem);
• 函數(shù)作用： 給信號量值加一

##sem_post函數(shù)

• 函數(shù)原型： int sem_post(sem_t *sem);
• 函數(shù)作用： 給信號量值減一

##sem_trywait函數(shù)

• 函數(shù)原型： int sem_trywait(sem_t *sem);
• 函數(shù)作用： 嘗試對信號量加鎖，與pthread_mutex_trylock類似;

##sem_timedwait函數(shù)

• 函數(shù)原型： int sem_timedwait(sem_t sem, const struct timespec abs_timeout);
• 函數(shù)作用： 限時(shí)嘗試對信號量加鎖
• 參數(shù)說明： sem：信號量; abs_timeout：與pthread_cond_timedwait一樣，采用的是絕對時(shí)間。

用法如下(例如超時(shí)時(shí)間設(shè)為1秒)：

• time_t cur = time(NULL);
• 獲取當(dāng)前時(shí)間。 struct timespec t;
• 定義timespec 結(jié)構(gòu)體變量t t.tv_sec = cur+1;
• 定時(shí)1秒 t.tv_nsec = t.tv_sec +100;
• sem_timedwait(&sem, &t);
• 傳參

生產(chǎn)者消費(fèi)者信號量模型：

/*信號量實(shí)現(xiàn) 生產(chǎn)者 消費(fèi)者問題*/ 
#include <stdlib.h> 
#include <unistd.h> 
#include <pthread.h> 
#include <stdio.h> 
#include <semaphore.h> 
#define NUM 5                
int queue[NUM];                                     //全局?jǐn)?shù)組實(shí)現(xiàn)環(huán)形隊(duì)列 
sem_t blank_number, product_number;                 //空格子信號量, 產(chǎn)品信號量 
void *producer(void *arg) 
{ 
    int i = 0; 
    while (1) { 
        sem_wait(&blank_number);                    //生產(chǎn)者將空格子數(shù)--,為0則阻塞等待 
        queue[i] = rand() % 1000 + 1;               //生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品 
        printf("----Produce---%d\n", queue[i]);         
        sem_post(&product_number);                  //將產(chǎn)品數(shù)++ 
        i = (i+1) % NUM;                            //借助下標(biāo)實(shí)現(xiàn)環(huán)形 
        sleep(rand()%3); 
    } 
} 
void *consumer(void *arg) 
{ 
    int i = 0; 
    while (1) { 
        sem_wait(&product_number);                  //消費(fèi)者將產(chǎn)品數(shù)--,為0則阻塞等待 
        printf("-Consume---%d\n", queue[i]); 
        queue[i] = 0;                               //消費(fèi)一個(gè)產(chǎn)品  
        sem_post(&blank_number);                    //消費(fèi)掉以后,將空格子數(shù)++ 
        i = (i+1) % NUM; 
        sleep(rand()%3); 
    } 
} 
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    pthread_t pid, cid; 
    sem_init(&blank_number, 0, NUM);                //初始化空格子信號量為5 
    sem_init(&product_number, 0, 0);                //產(chǎn)品數(shù)為0 
    pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL); 
    pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL); 
    pthread_join(pid, NULL); 
    pthread_join(cid, NULL); 
    sem_destroy(&blank_number); 
    sem_destroy(&product_number); 
    return 0; 
} 

運(yùn)行結(jié)果：

本文授權(quán)轉(zhuǎn)載自公眾號「良許Linux」。良許，世界500強(qiáng)外企Linux開發(fā)工程師，公眾號里分享大量Linux干貨，歡迎關(guān)注!