posix信号量与互斥锁
1、简介
POSIX信号量是一个sem_t 类型的变量,但POSIX 有两种信号量的实现机制:无名信号量和命名信号量。无名信号量可以用在共享内存的情况下,
比如实现进程中各个线程之间的互斥和同步。命名信号量通常用于不共享内存的情况下,比如不共享内存的进程之间。
1.1POSIX 无名信号量
在使用信号量之前,必须对其进行初始化。sem_init 函数初始化指定的信号量:
int sem_init (sem_t *sem, int pshared, unsigned int value)
无名信号量(也称为基于内存的信号量)sem初始化,设置共享选项pshared,并指定一个整数类型的初始值为value。pshared参数控制着信号量的类型。
如果 pshared的值是0,就表示它是当前里程的局部信号量;否则,其它进程就能够共享这个信号量。
intsem_destroy(sem_t *sem);
释放无名信号量。
1.2POSIX 命名信号量
之所以称为命名信号量,是因为它有一个名字、一个用户ID、一个组ID和权限,这些是提供给不共享内存的那些进程使用命名信号量的接口。命名信号量的名字是一个遵守路径名构造规则的字符串。
sem_t*sem_open(const char *name,int oflag,mode_t mode,unsigned int value);
参数 name 是一个标识信号量的字符串。参数oflag 用来确定是创建信号量还是连接已有信号量。如果设置了oflag 的O_CREAT 比特位,则会创建一个新的信号量。
有名信号量(返回值)的创建和初始化。出错时返回为SEM_FAILED。
int sem_close(sem_t *sem);
单个程序可以用sem_close函数关闭命名信号量,但是这样做并不能将信号量从系统中删除,因为命名信号量在单个程序的执行之外是具有持久性的。
当进程调用_exit、exit、exec 或从main 返回时,进程打开的命名信号量同样会被关闭。对应有名信号量的关闭,注意不是销毁,是关闭。
int sem_unlink(count char*name);
sem_unlink函数用于在所有进程关闭了命名信号量之后,将信号量从系统中删除。对应有名信号量的销毁,每个信号都有一个引用计数器记录当前的打开次数,
sem_unlink必须等待这个数为0时才能把name所指的信号灯从文件系统中删除。也就是要等待最后一个sem_close发生
1.3信号量的操作函数为sem_post、sem_wait、sem_trywait:
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_trywait(sem_t *sem);
对应信号量的P操作。 sem_wait和sem_trywait的差别是:当所指定信号灯的值已是0时,后者并不将调用线程投入睡眠。相反,他返回一个EAGAIN错误。
int sem_post(sem_t *sem);
int sem_getvalue(sem_t *sem,int *valp);
对应信号量的V操作。
2、互斥锁是通过锁的机制来实现线程间的同步问题。互斥锁的基本流程为:
初始化一个互斥锁:pthread_mutex_init()
函数
加锁:pthread_mutex_lock()
函数或者pthread_mutex_trylock()
函数
对共享资源的操作
解锁:pthread_mutex_unlock()
函数
注销互斥锁:pthread_mutex_destory()
函数
其中,在加锁过程中,pthread_mutex_lock()
函数和pthread_mutex_trylock()
函数的过程略有不同:
当使用pthread_mutex_lock()
函数进行加锁时,若此时已经被锁,则尝试加锁的线程会被阻塞,直到互斥锁被其他线程释放,当pthread_mutex_lock()
函数有返回值时,说明加锁成功;
而使用pthread_mutex_trylock()
函数进行加锁时,若此时已经被锁,则会返回EBUSY
的错误码。
同时,解锁的过程中,也需要满足两个条件:
解锁前,互斥锁必须处于锁定状态;
必须由加锁的线程进行解锁。
当互斥锁使用完成后,必须进行清除。
初始化互斥锁
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);
功能:初始化一个互斥锁。
参数:mutex:互斥锁地址。类型是 pthread_mutex_t 。
attr:设置互斥量的属性,通常可采用默认属性,即可将 attr 设为 NULL。
可以使用宏 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 静态初始化互斥锁,比如:
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
这种方法等价于使用 NULL 指定的 attr 参数调用 pthread_mutex_init() 来完成动态初始化,不同之处在于 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 宏不进行错误检查。
返回值:成功:0,成功申请的锁默认是打开的。失败:非 0 错误码
上锁
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
功能:对互斥锁上锁,若互斥锁已经上锁,则调用者一直阻塞,直到互斥锁解锁后再上锁。
参数:mutex:互斥锁地址。
返回值:成功:0,失败:非 0 错误码
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
调用该函数时,若互斥锁未加锁,则上锁,返回 0;若互斥锁已加锁,则函数直接返回失败,即 EBUSY。
解锁
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t * mutex);
功能:对指定的互斥锁解锁。
参数:mutex:互斥锁地址。
返回值:成功:0,失败:非 0 错误码
销毁互斥锁
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
功能:销毁指定的一个互斥锁。互斥锁在使用完毕后,必须要对互斥锁进行销毁,以释放资源。
参数:mutex:互斥锁地址。
返回值:成功:0,失败:非 0 错误码
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h> #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h> #define ERR_EXIT(m) \
do \
{ \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while() #define CONSUMERS_COUNT 1
#define PRODUCERS_COUNT 1
#define BUFFSIZE 10 int g_buffer[BUFFSIZE]; unsigned short in = ;
unsigned short out = ;
unsigned short produce_id = ;
unsigned short consume_id = ; sem_t g_sem_full;
sem_t g_sem_empty;
pthread_mutex_t g_mutex; pthread_t g_thread[CONSUMERS_COUNT+PRODUCERS_COUNT]; void* consume(void *arg)
{
int num = (int)arg;
int i;
while ()
{
printf("%d wait buffer not empty\n", num);
sem_wait(&g_sem_empty);
pthread_mutex_lock(&g_mutex);
//消费产品
for (i=; i<BUFFSIZE; i++)
{
printf("%02d ", i);
if (g_buffer[i] == -)
printf("%s", "null");
else
printf("%d", g_buffer[i]); if (i == out)
printf("\t<--consume"); printf("\n");
} consume_id = g_buffer[out];
printf("%d begin consume product %d\n", num, consume_id);
g_buffer[out] = -;
out = (out + ) % BUFFSIZE;
printf("%d end consume product %d\n", num, consume_id); pthread_mutex_unlock(&g_mutex);
sem_post(&g_sem_full); sleep();
}
return NULL;
} void* produce(void *arg)
{
int num = (int)arg;
int i;
while ()
{
printf("%d wait buffer not full\n", num);
sem_wait(&g_sem_full);
pthread_mutex_lock(&g_mutex);
//生产产品的代码
for (i=; i<BUFFSIZE; i++)
{
printf("%02d ", i);
if (g_buffer[i] == -)
printf("%s", "null");
else
printf("%d", g_buffer[i]); if (i == in)
printf("\t<--produce"); printf("\n");
} printf("%d begin produce product %d\n", num, produce_id);
g_buffer[in] = produce_id;
in = (in + ) % BUFFSIZE;
printf("%d end produce product %d\n", num, produce_id++);
pthread_mutex_unlock(&g_mutex);
sem_post(&g_sem_empty); sleep();
}
return NULL;
} int main(void)
{
int i;
for (i=; i<BUFFSIZE; i++)
g_buffer[i] = -; sem_init(&g_sem_full, , BUFFSIZE);
sem_init(&g_sem_empty, , ); pthread_mutex_init(&g_mutex, NULL); for (i=; i<CONSUMERS_COUNT; i++)
pthread_create(&g_thread[i], NULL, consume, (void*)i); for (i=; i<PRODUCERS_COUNT; i++)
pthread_create(&g_thread[CONSUMERS_COUNT+i], NULL, produce, (void*)i); for (i=; i<CONSUMERS_COUNT+PRODUCERS_COUNT; i++)
pthread_join(g_thread[i], NULL); sem_destroy(&g_sem_full);
sem_destroy(&g_sem_empty);
pthread_mutex_destroy(&g_mutex); return ;
}
参考:http://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/46494077
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