linux系統編程：線程同步-訊號量(semaphore)

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                             線程同步-訊號量(semaphore)

生產者與消費者問題再思考

在實際生活中，僅僅要有商品。消費者就能夠消費，這沒問題。

但生產者的生產並非無限的。比如，倉庫是有限的，原材料是有限的，生產指標受消費指標限制等等。為了進一步，解決好生產者與消費者問題，引入訊號量進機制。

訊號量

訊號量(semaphore)是相互排斥量的升級版：相互排斥量的狀態為0或1。而訊號量能夠為n。

也就是說，使用相互排斥量時。最多同意一個線程進入關鍵區，而訊號量同意多個，詳細值是訊號量當前的內部值。

相關函數

sem_t       //訊號量類型sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);sem_wait(sem_t *sem)sem_trywaitsem_timedwaitsem_post(sem_t *sem)sem_destroy

重要的是理解：sem_wait和sem_post兩個函數。

sem_wait(sem);當sem為零時，線程堵塞。否則，sem減一，線程不堵塞。

sem_post(sem);sem加一。

此外，使用sem_init方法，對訊號量類型初始化，第二個參數。預設是0，標明用於線程之間。第三個參數指定了初始值。

單生產者與單消費者

#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>#include <semaphore.h>#define NUM 5sem_t blank_num, product_num;int i, j, k;int goods[NUM];void *producer(void *argv){while (1){sem_wait(&blank_num);goods[i] = rand() % 100 + 1;printf("produce %d\n", goods[i]);sem_post(&product_num);i = (i + 1) % NUM;sleep(rand() % 2);}}void *comsumer(void *argv){while (1){sem_wait(&product_num);printf("comsume %d\n", goods[j]);goods[j] = 0;sem_post(&blank_num);j = (j + 1) % NUM;sleep(rand() % 2);}}int main(void){i = j = k = 0;//初始化訊號量sem_init(&blank_num, 0, NUM);sem_init(&product_num, 0, 0);pthread_t pro, com;pthread_create(&com, NULL, producer, NULL);pthread_create(&pro, NULL, comsumer, NULL);pthread_join(com, NULL);pthread_join(pro, NULL);sem_destroy(&blank_num);sem_destroy(&product_num);return 0;}

多生產者與多消費者

#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>#include <semaphore.h>#define NUM 5pthread_mutex_t m1, m2;sem_t blank_num, product_num;int goods[NUM];int i, j, k;void *producer(void *argv){while (1){sem_wait(&blank_num);pthread_mutex_lock(&m1);goods[i] = rand() % 100 + 1;printf("produce %d\n", goods[i]);i = (i + 1) % NUM;pthread_mutex_unlock(&m1);sem_post(&product_num);sleep(rand() % 2);}}void *comsumer(void *argv){while (1){sem_wait(&product_num);pthread_mutex_lock(&m2);printf("comsume %d\n", goods[j]);goods[j] = 0;   //置零j = (j + 1) % NUM;pthread_mutex_unlock(&m2);sem_post(&blank_num);sleep(rand() % 2);}}int main(void){i = j = k = 0;//初始化訊號量及相互排斥量sem_init(&blank_num, 0, NUM);sem_init(&product_num, 0, 0);pthread_mutex_init(&m1, NULL);pthread_mutex_init(&m2, NULL);pthread_t pro[2], com[3];for (k = 0; k < 3; k++)pthread_create(&com[k], NULL, producer, NULL);for (k = 0; k < 2; k++)pthread_create(&pro[k], NULL, comsumer, NULL);for (k = 0; k < 3; k++)pthread_join(com[k], NULL);for (k = 0; k < 2; k++)pthread_join(pro[k], NULL);pthread_mutex_destroy(&m1);pthread_mutex_destroy(&m2);sem_destroy(&blank_num);sem_destroy(&product_num);return 0;}

     

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