线程间通信 - 同步 - 信号量

1970-01-01

字数统计: 1.2k字 | 阅读时长≈ 5分

线程间通信

1. 同步

同步(synchronization)指的是多个任务按照约定的先后次序相互配合完成一件事情。
由信号量来决定线程是继续运行还是阻塞等待

信号量只能通过三种操作来访问：

初始化
P操作（申请资源）：任务要去访问一个资源，它不知道系统中有没有这个资源，所以他要向系统去申请代表这个资源的一个信号量。如果要申请的信号量有值资源那么就可以申请到继续运行，如果要申请的信号量没有值资源，那么就要阻塞等待这个信号量有值。
V操作（释放资源）：当任务不需要访问资源了或者任务产生了一个资源，这时就需要进行V操作。通知系统资源数增加了，系统就会去唤醒等待这个资源的任务。

信号量 -P / V操作

P(S)含义如下:
if (信号量的值大于0) // 操作系统检查
{
//申请资源的任务继续运行;
//信号量的值减一;
}
else
{
//申请资源的任务阻塞;
}
V(S)含义如下:
信号量的值加一;
if (有任务在等待资源) // 操作系统检查
{
//唤醒等待的任务,让其继续运行;
}

在申请信号量的时候有任务有可能被阻塞，在释放信号量的时候绝对不会有任务因此阻塞。

Posix信号量

无名信号量（基于内存的信号量），只存在与内存，一般用于线程通信间。
有名信号量，应该在硬盘里面会对应有一个文件，用于进程通信间。

pthread库常用的信号量操作函数如下:

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int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
int sem_wait(sem_t *sem); // P操作获取信号量
int sem_post(sem_t *sem); // V操作释放信号量

信号量初始化：

#include <semaphore.h>
int sem_init(sem t *sem, int pshared, unsigned int val);
//成功时返回0,失败时EOF
//sem指向要初始化的信号量对象：首先要定义一个sem_t的信号量对象，把地址传进来。
//pshared o-线程间1-进程间
//val信号量初值

信号量 - P / V操作：

#include <semaphore.h>
int sem_wait(sem_t *sem); //P操作获取信号量
int sem_post(sem_t *sem); //V操作释放信号量
//成功时返回0,失败时返回EOF，并设置错误码一个全局的变量。
//sem指向要操作的信号量对象

线程同步 - 示例1

1. 两个线程同步读写缓冲区(生产者/消费者问题)

代码：

char buf[32];
sem_t sem;
void *function(void *arg);

int main(void) 
{
    pthread_t a_thread;

    if (sem_init(&sem, 0, 0) <0)  // 先初始化信号量，避免先创建了线程，线程运行去操作信号量
    {
        perror("sem_init");
        exit(-1); // 结束进程,结束线程用pthead_exit(-1);
    }

    if (pthread_create(&a_thread, NULL, function, NULL) != 0) 
    {
        printf("fail to pthraed_create");
        exit(-1);
    }
    printf("input 'quit' to exit\n");
    do{
        fgets(buf, 32, stdin);
        sem_post(&sem); // V操作释放一个信号量
    } while(strncmp(but, "quit", 4) != 0); // 有匹配到就会返回quit在buf中的开始地址
     return 0;
}

void *function(void *arg) 
{
    while (1)
    {
    	sem_wait(&sem); // P操作获取一个信号量
    	printf("you enter%d characters\n", strlen(buf));
    }
}

2. 更加严谨的同步读写缓冲区

代码：

char buf[32];
sem_t sem_r, sem_w;
void *function(void *arg);

int main(void) 
{
    pthread_t a_thread;
    if (sem_init(&sem_r, 0, 0) <0)// 可读信号量初始值为0
    {
    	perror("sem_init");
        exit(-1);
    }
    if (sem init(&sem-w, 0,1)<0) // 可写信号量初始值为1
    {
    	perror("sem_init");
        exit(-1);
    }
 
    if (pthread_create(&a_thread, NULL, function, NULL) != 0) 
    {
        printf("fail to pthraed_create");
        exit(-1);
    }
    printf("input 'quit' to exit\n");
    do{
        sem_wait(&sem_w); // 写缓冲区之前获取可写信号量
        fgets(buf, 32, stdin);
        sem_post(&sem_r); // 写完释放可读信号量
    } while(strncmp(but, "quit", 4) != 0); // 有匹配到就会返回quit在buf中的开始地址

    return 0;
}

void *function(void *arg)
{
    while (1)
    {
        sem_wait(&sem_r); // 读缓冲区之前获取可读信号量
    	printf("you enter%d characters\n", strlen(buf));
        sem_post(&sem_w); // 读完缓冲区释放可写信号量
    }
}

小结

信号量是和系统中一个共享资源的一个操作绑定的，用于指示该资源此时是否可以进行此种操作。
P操作：获取信号量，V操作：释放信号量。
当一个线程申请一个为0的信号量是，该线程会被阻塞（被添加到该信号量的延时列表）。
当系统中某个信号量被释放时，系统会删除该信号量延时列表的第一个节点，唤醒因等待该信号量被阻塞的最高优先级的那个线程。

信号量释放规则：

信号量获取规则：

本文作者： 龙兄嵌入式
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