信號量
一．什麼是信號量
信號量的使用主要是用來保護共享資源，使得資源在一個時刻只有一個進程（線程）
所擁有。
信號量的值為正的時候，說明它空閒。所測試的線程可以鎖定而使用它。若為0，說明
它被占用，測試的線程要進入睡眠隊列中，等待被喚醒。
二．信號量的分類
在學習信號量之前，我們必須先知道——Linux提供兩種信號量：
（1） 內核信號量，由內核控制路徑使用
（2） 用戶態進程使用的信號量，這種信號量又分為POSIX信號量和SYSTEM
V信號量。
POSIX信號量又分為有名信號量和無名信號量。
有名信號量，其值保存在文件中, 所以它可以用於線程也可以用於進程間的同步。無名
信號量，其值保存在內存中。
倘若對信號量沒有以上的全面認識的話，你就會很快發現自己在信號量的森林裡迷
失了方向。
三．內核信號量
1．內核信號量的構成
內核信號量類似於自旋鎖，因為當鎖關閉著時，它不允許內核控制路徑繼續進行。然而，
當內核控制路徑試圖獲取內核信號量鎖保護的忙資源時，相應的進程就被掛起。只有在資源
被釋放時，進程才再次變為可運行。
只有可以睡眠的函數才能獲取內核信號量；中斷處理程序和可延遲函數都不能使用內
核信號量。
內核信號量是struct semaphore類型的對象，它在<asm/semaphore.h>中定義：
struct semaphore {
atomic_t count;
int sleepers;
wait_queue_head_t wait;
}
count：相當於信號量的值，大於0，資源空閒；等於0，資源忙，但沒有進程等待這
個保護的資源；小於0，資源不可用，並至少有一個進程等待資源。
wait：存放等待隊列鏈表的地址，當前等待資源的所有睡眠進程都會放在這個鏈表中。
sleepers：存放一個標志，表示是否有一些進程在信號量上睡眠。
2．內核信號量中的等待隊列（刪除，沒有聯系）
上面已經提到了內核信號量使用了等待隊列wait_queue來實現阻塞操作。
當某任務由於沒有某種條件沒有得到滿足時，它就被掛到等待隊列中睡眠。當條件得到滿足
時，該任務就被移出等待隊列，此時並不意味著該任務就被馬上執行，因為它又被移進工
作隊列中等待CPU資源，在適當的時機被調度。
內核信號量是在內部使用等待隊列的，也就是說該等待隊列對用戶是隱藏的，無須用
戶干涉。由用戶真正使用的等待隊列我們將在另外的篇章進行詳解。
3．內核信號量的相關函數
（1）初始化：
void sema_init (struct semaphore *sem, int val);
void init_MUTEX (struct semaphore *sem); //將sem的值置為1，表示資源空閒
void init_MUTEX_LOCKED (struct semaphore *sem); //將sem的值置為0，表示資源忙
（2）申請內核信號量所保護的資源：
void down(struct semaphore * sem); // 可引起睡眠
int down_interruptible(struct semaphore * sem); // down_interruptible能被信號打斷
int down_trylock(struct semaphore * sem); // 非阻塞函數，不會睡眠。無法鎖定資源則
馬上返回
（3）釋放內核信號量所保護的資源：
void up(struct semaphore * sem);
4．內核信號量的使用例程
在驅動程序中，當多個線程同時訪問相同的資源時（驅動中的全局變量時一種典型的
共享資源），可能會引發“競態“，因此我們必須對共享資源進行並發控制。Linux內核中
解決並發控制的最常用方法是自旋鎖與信號量（絕大多數時候作為互斥鎖使用）。
ssize_t globalvar_write(struct file *filp, const char *buf, size_t len, loff_t *off)
{
//獲得信號量
if (down_interruptible(&sem))
{
return - ERESTARTSYS;
}
//將用戶空間的數據復制到內核空間的global_var
if (copy_from_user(&global_var, buf, sizeof(int)))
{
up(&sem);
return - EFAULT;
}
//釋放信號量
up(&sem);
return sizeof(int);
}
四．POSIX 信號量與SYSTEM V信號量的比較
1. 對POSIX來說，信號量是個非負整數。常用於線程間同步。
而SYSTEM V信號量則是一個或多個信號量的集合，它對應的是一個信號量結構體，
這個結構體是為SYSTEM V IPC服務的，信號量只不過是它的一部分。常用於進程間同步。
2．POSIX信號量的引用頭文件是“<semaphore.h>”，而SYSTEM V信號量的引用頭文件是
“<sys/sem.h>”。
3．從使用的角度，System V信號量是復雜的，而Posix信號量是簡單。比如，POSIX信
號量的創建和初始化或PV操作就很非常方便。
五．POSIX信號量詳解
1．無名信號量
無名信號量的創建就像聲明一般的變量一樣簡單，例如：sem_t sem_id。然後再初
始化該無名信號量，之後就可以放心使用了。
無名信號量常用於多線程間的同步，同時也用於相關進程間的同步。也就是說，無名信
號量必須是多個進程（線程）的共享變量，無名信號量要保護的變量也必須是多個進程
（線程）的共享變量，這兩個條件是缺一不可的。
常見的無名信號量相關函數：sem_destroy
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
1)pshared==0 用於同一多線程的同步；
2)若pshared>0 用於多個相關進程間的同步（即由fork產生的）
int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);
取回信號量sem的當前值，把該值保存到sval中。
若有1個或更多的線程或進程調用sem_wait阻塞在該信號量上，該函數返回兩種值：
1) 返回0
2) 返回阻塞在該信號量上的進程或線程數目
linux采用返回的第一種策略。
sem_wait(或sem_trywait)相當於P操作，即申請資源。
int sem_wait(sem_t *sem); // 這是一個阻塞的函數
測試所指定信號量的值,它的操作是原子的。
若sem>0，那麼它減1並立即返回。
若sem==0，則睡眠直到sem>0，此時立即減1，然後返回。
int sem_trywait(sem_t *sem); // 非阻塞的函數
其他的行為和sem_wait一樣，除了：
若sem==0，不是睡眠，而是返回一個錯誤EAGAIN。
sem_post相當於V操作，釋放資源。
int sem_post(sem_t *sem);
把指定的信號量sem的值加1;
呼醒正在等待該信號量的任意線程。
注意：在這些函數中，只有sem_post是信號安全的函數，它是可重入函數
（a）無名信號量在多線程間的同步
無名信號量的常見用法是將要保護的變量放在sem_wait和sem_post中間所形成的
臨界區內，這樣該變量就會被保護起來，例如：
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int number; // 被保護的全局變量
sem_t sem_id;
void* thread_one_fun(void *arg)
{
sem_wait(&sem_id);
printf("thread_one have the semaphore\n");
number++;
printf("number = %d\n",number);
sem_post(&sem_id);
}
void* thread_two_fun(void *arg)
{
sem_wait(&sem_id);
printf("thread_two have the semaphore \n");
number--;
printf("number = %d\n",number);
sem_post(&sem_id);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
number = 1;
pthread_t id1, id2;
sem_init(&sem_id, 0, 1);
pthread_create(&id1,NULL,thread_one_fun, NULL);
pthread_create(&id2,NULL,thread_two_fun, NULL);
pthread_join(id1,NULL);
pthread_join(id2,NULL);
printf("main,,,\n");
return 0;
}
上面的例程，到底哪個線程先申請到信號量資源，這是隨機的。如果想要某個特定的順
序的話，可以用2個信號量來實現。例如下面的例程是線程1先執行完，然後線程2才繼
續執行，直至結束。
int number; // 被保護的全局變量
sem_t sem_id1, sem_id2;
void* thread_one_fun(void *arg)
{
sem_wait(&sem_id1);
printf("thread_one have the semaphore\n");
number++;
printf("number = %d\n",number);
sem_post(&sem_id2);
}
void* thread_two_fun(void *arg)
{
sem_wait(&sem_id2);
printf("thread_two have the semaphore \n");
number--;
printf("number = %d\n",number);
sem_post(&sem_id1);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
number = 1;
pthread_t id1, id2;
sem_init(&sem_id1, 0, 1); // 空閒的
sem_init(&sem_id2, 0, 0); // 忙的
pthread_create(&id1,NULL,thread_one_fun, NULL);
pthread_create(&id2,NULL,thread_two_fun, NULL);
pthread_join(id1,NULL);
pthread_join(id2,NULL);
printf("main,,,\n");
return 0;
}
（b）無名信號量在相關進程間的同步
說是相關進程，是因為本程序中共有2個進程，其中一個是另外一個的子進程（由
fork
產生）的。
本來對於fork來說，子進程只繼承了父進程的代碼副本，mutex理應在父子進程
中是相互獨立的兩個變量，但由於在初始化mutex的時候，由pshared = 1指
定了mutex處於共享內存區域，所以此時mutex變成了父子進程共享的一個變
量。此時，mutex就可以用來同步相關進程了。
#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
int main(int argc, char **argv)
{
int fd, i,count=0,nloop=10,zero=0,*ptr;
sem_t mutex;
//open a file and map it into memory
fd = open("log.txt",O_RDWR|O_CREAT,S_IRWXU);
write(fd,&zero,sizeof(int));
ptr = mmap( NULL,sizeof(int),PROT_READ |
PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0 );
close(fd);
/* create, initialize semaphore */
if( sem_init(&mutex,1,1) < 0) //
{
perror("semaphore initilization");
exit(0);
}
if (fork() == 0)
{ /* child process*/
for (i = 0; i < nloop; i++)
{
sem_wait(&mutex);
printf("child: %d\n", (*ptr)++);
sem_post(&mutex);
}
exit(0);
}
/* back to parent process */
for (i = 0; i < nloop; i++)
{
sem_wait(&mutex);
printf("parent: %d\n", (*ptr)++);
sem_post(&mutex);
}
exit(0);
}
2．有名信號量
有名信號量的特點是把信號量的值保存在文件中。
這決定了它的用途非常廣：既可以用於線程，也可以用於相關進程間，甚至是不相關
進程。
（a）有名信號量能在進程間共享的原因
由於有名信號量的值是保存在文件中的，所以對於相關進程來說，子進程是繼承了父
進程的文件描述符，那麼子進程所繼承的文件描述符所指向的文件是和父進程一樣的，當
然文件裡面保存的有名信號量值就共享了。
（b）有名信號量相關函數說明
有名信號量在使用的時候，和無名信號量共享sem_wait和sem_post函數。
區別是有名信號量使用sem_open代替sem_init，另外在結束的時候要像關閉文件
一樣去關閉這個有名信號量。
(1)打開一個已存在的有名信號量，或創建並初始化一個有名信號量。一個單一的調用就完
成了信號量的創建、初始化和權限的設置。
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode , int value);
name是文件的路徑名；
Oflag 有O_CREAT或O_CREAT|EXCL兩個取值；
mode_t控制新的信號量的訪問權限；
Value指定信號量的初始化值。
注意：
這裡的name不能寫成/tmp/aaa.sem這樣的格式，因為在linux下，sem都是創建
在/dev/shm目錄下。你可以將name寫成“/mysem”或“mysem”，創建出來的文件都
是“/dev/shm/sem.mysem”，千萬不要寫路徑。也千萬不要寫“/tmp/mysem”之類的。
當oflag = O_CREAT時，若name指定的信號量不存在時，則會創建一個，而且後
面的mode和value參數必須有效。若name指定的信號量已存在，則直接打開該信號量，
同時忽略mode和value參數。
當oflag = O_CREAT|O_EXCL時，若name指定的信號量已存在，該函數會直接返
回error。
(2) 一旦你使用了一信號量，銷毀它們就變得很重要。
在做這個之前，要確定所有對這個有名信號量的引用都已經通過sem_close（）函數
關閉了，然後只需在退出或是退出處理函數中調用sem_unlink()去刪除系統中的信號量，
注意如果有任何的處理器或是線程引用這個信號量，sem_unlink()函數不會起到任何的作
用。
也就是說，必須是最後一個使用該信號量的進程來執行sem_unlick才有效。因為每個
信號燈有一個引用計數器記錄當前的打開次數，sem_unlink必須等待這個數為0時才能把
name所指的信號燈從文件系統中刪除。也就是要等待最後一個sem_close發生。
（c）有名信號量在無相關進程間的同步
前面已經說過，有名信號量是位於共享內存區的，那麼它要保護的資源也必須是位於
共享內存區，只有這樣才能被無相關的進程所共享。
在下面這個例子中，服務進程和客戶進程都使用shmget和shmat來獲取得一塊共享內
存資源。然後利用有名信號量來對這塊共享內存資源進行互斥保護。
< u>File1: server.c </u>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#define SHMSZ 27
char SEM_NAME[]= "vik";
int main()
{
char ch;
int shmid;
key_t key;
char *shm,*s;
sem_t *mutex;
//name the shared memory segment
key = 1000;
//create & initialize semaphore
mutex = sem_open(SEM_NAME,O_CREAT,0644,1);
if(mutex == SEM_FAILED)
{
perror("unable to create semaphore");
sem_unlink(SEM_NAME);
exit(-1);
}
//create the shared memory segment with this key
shmid = shmget(key,SHMSZ,IPC_CREAT|0666);
if(shmid<0)
{
perror("failure in shmget");
exit(-1);
}
//attach this segment to virtual memory
shm = shmat(shmid,NULL,0);
//start writing into memory
s = shm;
for(ch='A';ch<='Z';ch++)
{
sem_wait(mutex);
*s++ = ch;
sem_post(mutex);
}
//the below loop could be replaced by binary semaphore
while(*shm != '*')
{
sleep(1);
}
sem_close(mutex);
sem_unlink(SEM_NAME);
shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);
exit(0);
}
< u>File 2: client.c</u>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#define SHMSZ 27
char SEM_NAME[]= "vik";
int main()
{
char ch;
int shmid;
key_t key;
char *shm,*s;
sem_t *mutex;
//name the shared memory segment
key = 1000;
//create & initialize existing semaphore
mutex = sem_open(SEM_NAME,0,0644,0);
if(mutex == SEM_FAILED)
{
perror("reader:unable to execute semaphore");
sem_close(mutex);
exit(-1);
}
//create the shared memory segment with this key
shmid = shmget(key,SHMSZ,0666);
if(shmid<0)
{
perror("reader:failure in shmget");
exit(-1);
}
//attach this segment to virtual memory
shm = shmat(shmid,NULL,0);
//start reading
s = shm;
for(s=shm;*s!=NULL;s++)
{
sem_wait(mutex);
putchar(*s);
sem_post(mutex);
}
//once done signal exiting of reader:This can be replaced by
another semaphore
*shm = '*';
sem_close(mutex);
shmctl(shmid, IPC_RMID, 0);
exit(0);
}
六．SYSTEM V信號量
這是信號量值的集合，而不是單個信號量。相關的信號量操作函數由<sys/ipc.h>引用。
1．信號量結構體
內核為每個信號量集維護一個信號量結構體，可在<sys/sem.h>找到該定義：
struct semid_ds {
struct ipc_perm sem_perm; /* 信號量集的操作許可權限 */
struct sem *sem_base; /* 某個信號量sem結構數組的指針，當前信號量集
中的每個信號量對應其中一個數組元素 */
ushort sem_nsems; /* sem_base 數組的個數 */
time_t sem_otime; /* 最後一次成功修改信號量數組的時間 */
time_t sem_ctime; /* 成功創建時間 */
};
struct sem {
ushort semval; /* 信號量的當前值 */
short sempid; /* 最後一次返回該信號量的進程ID 號 */
ushort semncnt; /* 等待semval大於當前值的進程個數 */
ushort semzcnt; /* 等待semval變成0的進程個數 */
};
2．常見的SYSTEM V信號量函數
（a）關鍵字和描述符
SYSTEM V信號量是SYSTEM V IPC（即SYSTEM V進程間通信）的組成部分，其他
的有SYSTEM V消息隊列，SYSTEM V共享內存。而關鍵字和IPC描述符無疑是它們的共
同點，也使用它們，就不得不先對它們進行熟悉。這裡只對SYSTEM V信號量進行討論。
IPC描述符相當於引用ID號，要想使用SYSTEM V信號量（或MSG、SHM），就必須
用IPC描述符來調用信號量。而IPC描述符是內核動態提供的（通過semget來獲取），用
戶無法讓服務器和客戶事先認可共同使用哪個描述符，所以有時候就需要到關鍵字KEY來
定位描述符。
某個KEY只會固定對應一個描述符（這項轉換工作由內核完成），這樣假如服務器和
客戶事先認可共同使用某個KEY，那麼大家就都能定位到同一個描述符，也就能定位到同
一個信號量，這樣就達到了SYSTEM V信號量在進程間共享的目的。
（b）創建和打開信號量
int semget(key_t key, int nsems, int oflag)
(1) nsems>0 : 創建一個信的信號量集，指定集合中信號量的數量，一旦創建就不能更改。
(2) nsems==0 : 訪問一個已存在的集合
(3) 返回的是一個稱為信號量標識符的整數，semop和semctl函數將使用它。
(4) 創建成功後信號量結構被設置：
.sem_perm 的uid和gid成員被設置成的調用進程的有效用戶ID和有效組ID
.oflag 參數中的讀寫權限位存入sem_perm.mode
.sem_otime 被置為0,sem_ctime被設置為當前時間
.sem_nsems 被置為nsems參數的值
該集合中的每個信號量不初始化，這些結構是在semctl，用參數SET_VAL，SETALL
初始化的。
semget函數執行成功後，就產生了一個由內核維持的類型為semid_ds結構體的信號量
集，返回semid就是指向該信號量集的引索。
（c）關鍵字的獲取
有多種方法使客戶機和服務器在同一IPC結構上會合：
(1) 服務器可以指定關鍵字IPC_PRIVATE創建一個新IPC結構，將返回的標識符存放在某
處（例如一個文件）以便客戶機取用。關鍵字 IPC_PRIVATE保證服務器創建一個新IPC結
構。這種技術的缺點是：服務器要將整型標識符寫到文件中，然後客戶機在此後又要讀文件
取得此標識符。
IPC_PRIVATE關鍵字也可用於父、子關系進程。父進程指定 IPC_PRIVATE創建一個新
IPC結構，所返回的標識符在fork後可由子進程使用。子進程可將此標識符作為exec函數
的一個參數傳給一個新程序。
(2) 在一個公用頭文件中定義一個客戶機和服務器都認可的關鍵字。然後服務器指定此關鍵
字創建一個新的IPC結構。這種方法的問題是該關鍵字可能已與一個 IPC結構相結合，在
此情況下，get函數（msgget、semget或shmget）出錯返回。服務器必須處理這一錯誤，刪除
已存在的IPC結構，然後試著再創建它。當然，這個關鍵字不能被別的程序所占用。
(3) 客戶機和服務器認同一個路徑名和課題I D（課題I D是0 ~ 2 5 5之間的字符值） ，然
後調用函數ftok將這兩個值變換為一個關鍵字。這樣就避免了使用一個已被占用的關鍵字的
問題。
使用ftok並非高枕無憂。有這樣一種例外：服務器使用ftok獲取得一個關鍵字後，該文
件就被刪除了，然後重建。此時客戶端以此重建後的文件來ftok所獲取的關鍵字就和服務器
的關鍵字不一樣了。所以一般商用的軟件都不怎麼用ftok。
一般來說，客戶機和服務器至少共享一個頭文件，所以一個比較簡單的方法是避免使
用ftok，而只是在該頭文件中存放一個大家都知道的關鍵字。
（d）設置信號量的值（PV操作）
int semop(int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops);
(1) semid： 是semget返回的semid
(2)opsptr： 指向信號量操作結構數組
(3) nops ： opsptr所指向的數組中的sembuf結構體的個數
struct sembuf {
short sem_num; // 要操作的信號量在信號量集裡的編號，
short sem_op; // 信號量操作
short sem_flg; // 操作表示符
};
(4) 若sem_op 是正數，其值就加到semval上，即釋放信號量控制的資源
若sem_op 是0，那麼調用者希望等到semval變為0，如果semval是0就返回;
若sem_op 是負數，那麼調用者希望等待semval變為大於或等於sem_op的絕對值
例如，當前semval為2，而sem_op = -3，那麼怎麼辦？
注意：semval是指semid_ds中的信號量集中的某個信號量的值
(5) sem_flg
SEM_UNDO 由進程自動釋放信號量
IPC_NOWAIT 不阻塞
到這裡，讀者肯定有個疑惑：semop希望改變的semval到底在哪裡？我們怎麼沒看到
有它的痕跡？其實，前面已經說明了，當使用semget時，就產生了一個由內核維護的信號
量集（當然每個信號量值即semval也是只由內核才能看得到了），用戶能看到的就是返回
的semid。內核通過semop 函數的參數，知道應該去改變semid 所指向的信號量的哪個
semval。
（e）對信號集實行控制操作（semval的賦值等）
int semctl(int semid, int semum, int cmd, ../* union semun arg */);
semid是信號量集合；
semnum是信號在集合中的序號；
semum是一個必須由用戶自定義的結構體，在這裡我們務必弄清楚該結構體的組成：
union semun
{
int val; // cmd == SETVAL
struct semid_ds *buf // cmd == IPC_SET或者 cmd == IPC_STAT
ushort *array; // cmd == SETALL，或 cmd = GETALL
};
val只有cmd ==SETVAL時才有用，此時指定的semval = arg.val。
注意：當cmd == GETVAL時，semctl函數返回的值就是我們想要的semval。千萬不要
以為指定的semval被返回到arg.val中。
array指向一個數組，當cmd==SETALL時，就根據arg.array來將信號量集的所有值都
賦值；當cmd ==GETALL時，就將信號量集的所有值返回到arg.array指定的數組中。
buf 指針只在cmd==IPC_STAT 或IPC_SET 時有用，作用是semid 所指向的信號量集
（semid_ds機構體）。一般情況下不常用，這裡不做談論。
另外，cmd == IPC_RMID還是比較有用的。
（f）例碼
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <stdio.h>
static int nsems;
static int semflg;
static int semid;
int errno=0;
union semun {
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
}arg;
int main()
{
struct sembuf sops[2]; //要用到兩個信號量，所以要定義兩個操作數組
int rslt;
unsigned short argarray[80];
arg.array = argarray;
semid = semget(IPC_PRIVATE, 2, 0666);
if(semid < 0 )
{
printf("semget failed. errno: %d\n", errno);
exit(0);
}
//獲取0th信號量的原始值
rslt = semctl(semid, 0, GETVAL);
printf("val = %d\n",rslt);
//初始化0th信號量，然後再讀取，檢查初始化有沒有成功
arg.val = 1; // 同一時間只允許一個占有者
semctl(semid, 0, SETVAL, arg);
rslt = semctl(semid, 0, GETVAL);
printf("val = %d\n",rslt);
sops[0].sem_num = 0;
sops[0].sem_op = -1;
sops[0].sem_flg = 0;
sops[1].sem_num = 1;
sops[1].sem_op = 1;
sops[1].sem_flg = 0;
rslt=semop(semid, sops, 1); //申請0th信號量，嘗試鎖定
if (rslt < 0 )
{
printf("semop failed. errno: %d\n", errno);
exit(0);
}
//可以在這裡對資源進行鎖定
sops[0].sem_op = 1;
semop(semid, sops, 1); //釋放0th信號量
rslt = semctl(semid, 0, GETVAL);
printf("val = %d\n",rslt);
rslt=semctl(semid, 0, GETALL, arg);
if (rslt < 0)
{
printf("semctl failed. errno: %d\n", errno);
exit(0);
}
printf("val1:%d val2: %d\n",(unsigned int)argarray[0],(unsigned int)argarray[1]);
if(semctl(semid, 1, IPC_RMID) == -1)
{
Perror(“semctl failure while clearing reason”);
}
return(0);
}
七．信號量的牛刀小試——生產者與消費者問題
1．問題描述：
有一個長度為N的緩沖池為生產者和消費者所共有，只要緩沖池未滿，生產者便可將
消息送入緩沖池；只要緩沖池未空，消費者便可從緩沖池中取走一個消息。生產者往緩沖池
放信息的時候，消費者不可操作緩沖池，反之亦然。
2．使用多線程和信號量解決該經典問題的互斥
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>
#define BUFF_SIZE 10
char buffer[BUFF_SIZE];
char count; // 緩沖池裡的信息數目
sem_t sem_mutex; // 生產者和消費者的互斥鎖
sem_t p_sem_mutex; // 空的時候，對消費者不可進
sem_t c_sem_mutex; // 滿的時候，對生產者不可進
void * Producer()
{
while(1)
{
sem_wait(&p_sem_mutex); //當緩沖池未滿時
sem_wait(&sem_mutex); //等待緩沖池空閒
count++;
sem_post(&sem_mutex);
if(count < BUFF_SIZE)//緩沖池未滿
sem_post(&p_sem_mutex);
if(count > 0) //緩沖池不為空
sem_post(&c_sem_mutex);
}
}
void * Consumer()
{
while(1)
{
sem_wait(&c_sem_mutex);//緩沖池未空時
sem_wait(&sem_mutex); //等待緩沖池空閒
count--;
sem_post(&sem_mutex);
if(count > 0)
sem_post(c_sem_nutex);
}
}
int main()
{
pthread_t ptid,ctid;
//initialize the semaphores
sem_init(&empty_sem_mutex,0,1);
sem_init(&full_sem_mutex,0,0);
//creating producer and consumer threads
if(pthread_create(&ptid, NULL,Producer, NULL))
{
printf("\n ERROR creating thread 1");
exit(1);
}
if(pthread_create(&ctid, NULL,Consumer, NULL))
{
printf("\n ERROR creating thread 2");
exit(1);
}
if(pthread_join(ptid, NULL)) /* wait for the producer to finish */
{
printf("\n ERROR joining thread");
exit(1);
}
if(pthread_join(ctid, NULL)) /* wait for consumer to finish */
{
printf("\n ERROR joining thread");
exit(1);
}
sem_destroy(&empty_sem_mutex);
sem_destroy(&full_sem_mutex);
//exit the main thread
pthread_exit(NULL);
return 1;
}
