【Linux】信号量
信号量也是线程的一种同步机制，本质上是一个整型计数器。
初始化信号量：
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
参数：
pshared：0表示线程间共享，非零表示进程间共享
value：信号量初始值
销毁信号量：
int sem_destroy(sem_t *sem);
等待信号量：
int sem_wait(sem_t *sem); //也叫P()
功能：等待信号量，会将信号量的值减1
若计数器等于 0，则线程阻塞，直到其他线程释放资源
发布信号量：
int sem_post(sem_t *sem); //也叫V()
功能：发布信号量，表示资源使用完毕，可以归还资源了。将信号量值加1。
若有线程在等待，系统会唤醒一个等待的资源（上面wait中）。
现在使用循环队列来演示生产者-消费者模型：
RingQueue.hpp：
#pragma once
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>template<typename T>
class RingQueue
{
private:void P(sem_t &s){sem_wait(&s); //等待信号量}void V(sem_t &s){sem_post(&s); //发布信号量}
public:RingQueue(int max_cap):_ringqueue(max_cap), _max_cap(max_cap), _c_step(0), _p_step(0){//初始化信号量sem_init(&_data_sem, 0, 0); //数据量为0sem_init(&_space_sem, 0, _max_cap); //空间量满的pthread_mutex_init(&_c_mutex, nullptr);pthread_mutex_init(&_p_mutex, nullptr);}void Push(const T &in) //生产者放入{P(_space_sem); //生产者放入数据，所以循环队列空间减一//确定有位置再加锁，而不是加了锁之后发现没有位置然后就阻塞//此时仍持有锁，而其他线程就无法获取锁pthread_mutex_lock(&_p_mutex); _ringqueue[_p_step] = in;_p_step++;_p_step %= _max_cap;pthread_mutex_unlock(&_p_mutex);V(_data_sem); //数据加一}void Pop(T *out) //消费{P(_data_sem); //尝试获取数据，没有就阻塞pthread_mutex_lock(&_c_mutex);*out = _ringqueue[_c_step]; //获取数据_c_step++;_c_step %= _max_cap;pthread_mutex_unlock(&_c_mutex);V(_space_sem); //上面消费者获取数据后，空间加一}~RingQueue(){sem_destroy(&_data_sem);sem_destroy(&_space_sem);pthread_mutex_destroy(&_c_mutex);pthread_mutex_destroy(&_p_mutex);}private:std::vector<T> _ringqueue;int _max_cap; //最大容量int _c_step; //消费者指向的位置int _p_step; //生产者指向的位置sem_t _data_sem; //所剩数据的信号量-消费者取数据sem_t _space_sem; //所剩空间的信号量-生产者产数据pthread_mutex_t _c_mutex; //消费者的锁，管理消费者之间的关系pthread_mutex_t _p_mutex; //生产者的锁，管理生产者之间的关系
};
Task.hpp：
#pragma once
#include <string>class Task
{
public:Task(){}Task(int x, int y):_x(x), _y(y){}void Excute(){_result = _x + _y;}std::string Result(){std::string msg = std::to_string(_x) + "+" + std::to_string(_y) + "=" + std::to_string(_result);return msg;}std::string debug(){std::string msg = std::to_string(_x) + "+" + std::to_string(_y) + "=?";return msg;}
private:int _x;int _y;int _result;
};
Main.cc:
#include "RingQueue.hpp"
#include "Task.hpp"
#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <random>void *consumerFunc(void *args)
{RingQueue<Task> *rq = static_cast<RingQueue<Task> *>(args);while (true){Task t;rq->Pop(&t); //取数据t.Excute(); //执行std::cout << "consumer -> " << t.Result() << std::endl;}
}void *producerFunc(void *args)
{RingQueue<Task> *rq = static_cast<RingQueue<Task> *>(args);while (true){sleep(1);int x = rand() % 10 + 1; //1~10usleep(x*1000);int y = rand() % 20 + 1; //1~20Task t(x, y);rq->Push(t); //存数据std::cout << "producer -> " << t.debug() << std::endl;}}int main()
{srand(time(nullptr) ^ getpid());RingQueue<Task> *rq = new RingQueue<Task>(5);pthread_t consumer1, consumer2, producer1, producer2;pthread_create(&consumer1, nullptr, consumerFunc, rq);pthread_create(&consumer2, nullptr, consumerFunc, rq);pthread_create(&producer1, nullptr, producerFunc, rq);pthread_create(&producer2, nullptr, producerFunc, rq);pthread_join(consumer1, nullptr);pthread_join(consumer2, nullptr);pthread_join(producer1, nullptr);pthread_join(producer2, nullptr);return 0;
}