linux 多线程之信号量 sem_init

1. 什么是信号量

linux sem 信号量是一种特殊的变量，访问具有原子性，用于解决进程或线程间共享资源引发的同步问题。

用户态进程对 sem 信号量可以有以下两种操作：

等待信号量
当信号量值为 0 时，程序等待；当信号量值大于 0 时，信号量减 1，程序继续运行。
发送信号量
将信号量值加 1

通过对信号量的控制，从而实现共享资源的顺序访问。

2. 相关函数说明

linux 信号量相关函数都声明头文件 semaphore.h 头文件中，所以使用信号量之前需要先包含头文件

#include <semaphore.h>

信号量的创建就像声明一般的变量一样简单，例如：sem_t sem，之后对该信号量进行初始化和使用。

2.1 sem_init

该函数用于创建信号量，其原型如下：

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

该函数初始化由 sem 指向的信号对象，并给它一个初始的整数值 value。

pshared 控制信号量的类型，值为 0 代表该信号量用于多线程间的同步，值如果大于 0 表示可以共享，用于多个相关进程间的同步

参数 pshared > 0 时指定了 sem 处于共享内存区域，所以可以在进程间共享该变量

2.2 sem_wait

int sem_wait(sem_t *sem); 

int sem_trywait(sem_t *sem);

sem_wait 是一个阻塞的函数，测试所指定信号量的值，它的操作是原子的。若 sem value > 0，则该信号量值减去 1 并立即返回。若sem value = 0，则阻塞直到 sem value > 0，此时立即减去 1，然后返回。

sem_trywait 函数是非阻塞的函数，它会尝试获取获取 sem value 值，如果 sem value = 0，不是阻塞住，而是直接返回一个错误 EAGAIN。

2.3 sem_post

把指定的信号量 sem 的值加 1，唤醒正在等待该信号量的任意线程。

int sem_post(sem_t *sem);

2.4 sem_getvalue

int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);

获取信号量 sem 的当前值，把该值保存在 sval，若有 1 个或者多个线程正在调用 sem_wait 阻塞在该信号量上，该函数返回阻塞在该信号量上进程或线程个数。

2.5 sem_destroy

该函数用于对用完的信号量的清理。它的原型如下：

int sem_destroy(sem_t *sem);

成功则返回 0，失败返回 -1

3. 一个信号量同步线程的例子

下面以一个简单的多线程例子说明如何使用信号量进行线程同步。

在主线程中，创建一个子线程用于处理 resource 共享资源，如果主线程有需求（sem_post），就往其后追加一个 ‘a’ 字符串。

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

sem_t sem;

void* change_resource(void *res)
{
    char *msg = (char*)res;

    qDebug("1111");
    while (1) {
        sem_wait(&sem);
        strcat(msg, "a");
        qDebug("resource changed with value: %s\n", msg);
    }
}

int main()
{
    ret = sem_init(&sem, 0, 0);
    if (ret == -1) {
        printf("sem_init failed \n");
        return -1;
    }

    ret = pthread_create(&thread, NULL, change_resource, (void*)resource);
    if (ret != 0) {
        printf("pthread_create failed \n");
        return -1;
    }

    while (1) {
        sem_post(&sem);
        sleep(1);
    }
}

资源处理打印如下：

resource changed with value: a
resource changed with value: aa
resource changed with value: aaa
...