【Linux】POSIX信号量与读写锁

一.POSIX信号量

1.基本概念

POSIX信号量和SystemV信号量作用相同，都是用来实现同步或互斥机制，本质也是计数器，通常用它来保护的临界资源的资源数目，但POSIX可以用于线程间同步

2.相关接口

初始化信号量

#include <semaphore.h>
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
第二个参数0表示线程间共享，非0表示进程间共享，第三个参数为信号量初始值

等待信号量（p操作)

int sem_wait(sem_t *sem)
等待信号量。会将信号量值减1

发布信号量（v操作）

int sem_post(sem_t *sem)
发布信号量，表示资源使用完毕，可以归还资源，将信号量值加1

销毁信号量

int sem_destroy(sem_t *sem)

3.小案例

上次生产者--消费者的例子是基于链表的，这次基于环形队列，实现以下功能：如果队列满了，保证消费者先运行，这次可以将队列的空间和数据看做是两份不同的资源，而生产者只关心有没有空资源，消费者关心有没有数据资源，所以这里就需要有两个信号量来表示两份不同的资源，semBlank表示空资源，semData表示数据资源，初始值设为0

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

//队列最大容量
#define M 5

//队列
int ring[M];

//信号量
sem_t semBlank;//空资源
sem_t semData;//数据资源

//生产者
void *producer(void *arg)
{
	int i=0;
	while(1){
		//保证数据在1-100内
		int data=rand()%100+1;
		
		//生产前先P（semBlank）
		sem_wait(&semBlank);
		//生产
		ring[i]=data;
		printf("i am producer ,i product data is %d\n",data);
		//保证数组不会越界
		i++;
		i%=M;

		//生产完后，就会多一个数据资源
		sem_post(&semData);
		sleep(1);
	}
}

//消费者
void *consumer(void *arg)
{
	int i=0;
	while(1){
		//消费前先看有没有数据资源V（semData）
		sem_wait(&semData);
		//消费
		int data=ring[i];
		i++;
		i%=M;
		printf("i am consumer , a consume data is %d\n",data);
	
		//消费完，多一个空资源
		sem_post(&semBlank);
	}
}

int main()
{
	pthread_t tid1,tid2;
	srand((unsigned int)time(NULL));
	
	//初始化信号量
	sem_init(&semBlank,0,M);
	sem_init(&semData,0,0);

	//创建生产者消费者模型
	pthread_create(&tid1,NULL,producer,NULL);
	pthread_create(&tid2,NULL,consumer,NULL);
		
	//线程等待
	pthread_join(tid1,NULL);
	pthread_join(tid2,NULL);

	sem_destroy(&semBlank);
	sem_destroy(&semData);
	return 0;
}

二.读写锁

1.基本概念

有种情况是非常常见的，就是对于公共数据修改的机会非常少，相比较改写，它们读的机会反而更多，读写锁本质是一种自旋锁（之前的互斥锁属于挂起等待锁）

2.自旋锁与挂起等待锁

它们都是为实现保护共享资源而提出的一种锁机制，其锁与挂起等待锁比较类似，它们都是为了解决对某项资源的互斥机制使用，无论是挂起等待锁还是自旋锁，在任何时刻最多有一个执行单元获得锁。但是两者在调度机制上有所不同。对于挂起等待锁，如果资源已经被占用，资源申请者只能进入睡眠状态，如果自旋锁已经被别的执行单元占用，调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持着已经释放了锁，‘自旋’也由此而来

注意；写独占，读共享，写锁优先级高

3.相关接口

初始化：

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr)

读者写者锁：

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock)

解锁：

int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

销毁：

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock)

4.小案例