linux学习笔记（22）线程同步——线程信号量

线程信号量

线程信号量 vs 进程信号量

主要区别：

特性	进程信号量	线程信号量
头文件	#include	#include
创建	semget()  + 复杂初始化	sem_init()
使用	semop()	sem_wait()  /  sem_post()
范围	系统范围	进程内部

线程信号量的三个核心函数

1. sem_init() - 初始化信号量

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

• sem: 信号量指针
• pshared: 0表示线程间共享，非0表示进程间共享
• value: 信号量初始值

2. sem_wait() - P操作（等待）

int sem_wait(sem_t *sem); // 阻塞等待 int sem_trywait(sem_t *sem); // 非阻塞尝试

3. sem_post() - V操作（释放）

int sem_post(sem_t *sem); // 释放信号量

简单的线程信号量例子

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>
sem_t semaphore;  // 定义信号量
int shared_data = 0;
void* worker(void* arg) {int id = *(int*)arg;printf("线程%d: 等待信号量...\n", id);sem_wait(&semaphore);  // P操作printf("线程%d: 获得信号量，开始操作共享数据\n", id);shared_data++;sleep(2);  // 模拟工作printf("线程%d: 共享数据 = %d\n", id, shared_data);sem_post(&semaphore);  // V操作printf("线程%d: 释放信号量\n", id);return NULL;
}
int main() {pthread_t t1, t2;int id1 = 1, id2 = 2;// 初始化信号量，初始值为1（二进制信号量）sem_init(&semaphore, 0, 1);printf("创建两个线程...\n");pthread_create(&t1, NULL, worker, &id1);pthread_create(&t2, NULL, worker, &id2);pthread_join(t1, NULL);pthread_join(t2, NULL);printf("最终共享数据: %d\n", shared_data);// 销毁信号量sem_destroy(&semaphore);return 0;
}
创建两个线程...
线程1: 等待信号量...
线程1: 获得信号量，开始操作共享数据
线程2: 等待信号量...           ← 线程2在这里阻塞等待
线程1: 共享数据 = 1
线程1: 释放信号量
线程2: 获得信号量，开始操作共享数据
线程2: 共享数据 = 2
线程2: 释放信号量
最终共享数据: 2

生产者--消费者问题：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>
#define BUFFER_SIZE 5
int buffer[BUFFER_SIZE];
int in = 0, out = 0;
// 信号量定义
sem_t empty;    // 空槽位数量
sem_t full;     // 已使用槽位数量  
sem_t mutex;    // 二进制信号量，保护缓冲区
void* producer(void* arg) {int item = 0;while (1) {// 生产一个项目sleep(1);  // 模拟生产时间sem_wait(&empty);  // 等待空槽位sem_wait(&mutex);  // 进入临界区// 将项目放入缓冲区buffer[in] = item++;printf("生产者生产: %d, 位置: %d\n", buffer[in], in);in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;        sem_post(&mutex);  // 离开临界区sem_post(&full);   // 增加已使用槽位}return NULL;
}
void* consumer(void* arg) {while (1) {sem_wait(&full);   // 等待有数据的槽位sem_wait(&mutex);  // 进入临界区// 从缓冲区取出项目int item = buffer[out];printf("消费者消费: %d, 位置: %d\n", item, out);out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;sem_post(&mutex);  // 离开临界区sem_post(&empty);  // 增加空槽位sleep(2);  // 模拟消费时间}return NULL;
}int main() {// 初始化信号量sem_init(&empty, 0, BUFFER_SIZE);  // 初始有5个空位sem_init(&full, 0, 0);             // 初始没有数据sem_init(&mutex, 0, 1);            // 二进制信号量pthread_t prod, cons;pthread_create(&prod, NULL, producer, NULL);pthread_create(&cons, NULL, consumer, NULL);pthread_join(prod, NULL);pthread_join(cons, NULL);sem_destroy(&empty);sem_destroy(&full);sem_destroy(&mutex);return 0;
}