linux信号量之进程间同步

一、描述

在操作系统中，异步并发执行环境下的一组进程，因为相互制约关系，进而互相发送消息、互相合作、互相等待，使得各进程按一定的顺序和速度执行，称为进程间的同步。具有同步关系的一组并发进程，称为合作进程，合作进程间互相发送的信号，称为消息或事件。

这种需要进程间同步的情况，是可以想见的，例如几个进程访问“临界资源”。而为了解决进程间的同步问题，引入信号量的概念。

二、异步执行

　　所谓异步执行命令，就是说一个线程用于接收解析命令，另外一个线程用于实际执行命令。实际工程中，经常会遇到有许多种命令要在一个线程中得到解析并执行，有些命令耗时短，可以在这个线程中完成；但是，有些命令耗时长，如果也放在这个线程中，则影响该线程接收（其他命令）。所以，此时可以考虑用异步执行的方案，将耗时短的命令，就放在接收解析线程中；而将耗时长的命令，则用异步执行的方案，将接收与实际执行分离，以避免接收线程受到严重阻塞。

example:

本例程中，用主线程创建了两个子线程pthread1和pthread2，其中线程pthread1用于产生命令(模仿接受解析过程)，而线程pthread2用于实际执行命令。

代码如下：

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

 /* 将信号量定义为全局变量，方便多个线程共享 */
 sem_t sem;

 /* 线程1和线程2的公用命令 */
 int gCmd = ;

 /* 同步线程1和线程2的全局变量 */
 static int gIsExecFlag = ;

 /* 定义线程pthread1 */
 static void * pthread1(void *arg)
 {
     /* 线程pthread1开始运行 */
     printf("pthread1 start!\n");

     while()
     {
         /* 等待没有命令正在执行 */
         while(gIsExecFlag);

         /* 更新命令 */
         gCmd++;
         if(gCmd == )
         {
             /* 释放信号量 */
             sem_post(&sem);

             /* 发送命令结束 */
             return NULL;
         }

         /* 释放信号量 */
         sem_post(&sem);

         /* 等待线程2执行命令 */
         sleep();
     }
 }

 /* 定义线程pthread2 */
 static void * pthread2(void *arg)
 {
     int tmp;

     /* 线程pthread2开始运行 */
     printf("pthread2 start!\n");

     while()
     {
         if (sem_wait(&sem) != )
         {
             printf("Error!\n");
         }

         /* 正在执行的标志置1 */
         gIsExecFlag = ;

         /* 线程2接受来自线程1的命令，并打印 */
         tmp = gCmd;
         printf("now execute the cmd,and the code of cmd is %d.\n", tmp);

         /* 执行命令需要时间：3s，模仿实际命令执行 */
         sleep();

         /* 正在执行的标志清0 */
         gIsExecFlag = ;

         if(gCmd == ){
             /* 命令执行结束 */
             return NULL;
         }
     }
 }

 /* main函数 */
 int main(int agrc,char* argv[])
 {
     pthread_t tidp1,tidp2;            

     /* 初始化信号量sem,注意初始值为0 */
     sem_init(&sem, , );

     /* 创建线程pthread1 */
     if ((pthread_create(&tidp1, NULL, pthread1, NULL)) == -)
     {
         printf("create error!\n");
         return ;
     }

     /* 同步，让线程1先执行 */
     usleep();

     /* 创建线程pthread2 */
     if ((pthread_create(&tidp2, NULL, pthread2, NULL)) == -)
     {
         printf("create error!\n");
         return ;
     }

     /* 等待线程pthread1释放 */
     if (pthread_join(tidp1, NULL))
     {
         printf("thread is not exit...\n");
         return -;
     }

     /* 等待线程pthread2释放 */
     if (pthread_join(tidp2, NULL))
     {
         printf("thread is not exit...\n");
         return -;
     }

     return ;
 }

代码重点解析：

进程pthread1和进程pthread2之间单纯用信号量sem同步，无法解决发送线程pthread1，在线程pthread2正在执行命令时，又写入了新的命令的问题，造成命令执行错乱。为了解决这个问题，引入全局变量gIsExecFlag用于同步。经过信号量sem和全局变量gIsExecFlag的完美配合，就可以实现命令发送与执行过程的有序配合。

测试效果

编译命令：

#arm-linux-gcc -o pthread pthread.c -lpthread

执行结果：

后续分析

由上图可知，两个线程的整体执行周期，并非是线程pthread1和线程pthread2周期的和，而是取两者中的最大者。实际上，这也很容易想见，两个线程的通信速度，取决于两个线程中速度最慢者，也对应这个结论。

经过测试，不论发送线程和执行线程的速度孰大孰小，总体的执行结果是一样的，都能保证命令执行流程的正确。所以，就可以证明上述代码的可行性。但是，需要注意的是，线程之间的同步时间还是有限制的，线程pthread1的睡眠时间应≥10ms，否则将会出现执行流程的错误。

参考资料：Linux线程的信号量同步