信号灯与互斥锁和条件变量的主要不同在于"灯"的概念,灯亮则意味着资源可用(即加锁),灯灭则意味着不可用(即解锁)。如果说后两种同步方式侧重于"等待"操作,即资源不可用的话,信号灯机制则侧重于点灯,即告知资源可用;没有等待线程的解锁或激发条件都是没有意义的,而没有等待灯亮的线程的点灯操作则有效,且能保持灯亮状态。当然,这样的操作原语也意味着更多的开销。
信号灯的应用除了灯亮/灯灭这种二元灯以外,也可以采用大于1的灯数,以表示资源数大于1,这时可以称之为多元灯。
1. 创建和注销
POSIX信号灯标准定义了有名信号灯和无名信号灯两种,但LinuxThreads的实现仅有无名灯,同时有名灯除了总是可用于多进程之间以外,在使用上与无名灯并没有很大的区别,因此下面仅就无名灯进行讨论。
#include
<semaphore.h>
int
sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); //通常pshared为0.表示线程间
这是创建信号灯的API,其中value为信号灯的初值,pshared表示是否为多进程共享而不仅仅是用于一个进程之间的多线程共享。LinuxThreads没有实现多进程共享信号灯,因此所有非0值的pshared输入都将使sem_init()返回-1,且置errno为ENOSYS。初始化好的信号灯由sem变量表征,用于以下点灯、灭灯操作。
int sem_destroy(sem_t * sem);
被注销的信号灯sem要求已没有线程在等待该信号灯,否则返回-1,且置errno为EBUSY。除此之外,LinuxThreads的信号灯注销函数不做其他动作。
2、 点灯和灭灯
int sem_post(sem_t * sem);
点灯操作将信号灯值原子地加1,表示增加一个可访问的资源。只有信号灯值大于0,才能访问公共资源。主要用来增加信号量的值。当有线程阻塞在这个信号量上时,调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞。
int sem_wait(sem_t * sem);
int sem_trywait(sem_t * sem);
sem_wait()为灭灯操作(等待灯亮操作),主要被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0,解除阻塞后将sem的值减一,表明公共资源经使用后减少。等待灯亮(信号灯值大于0),然后将信号灯原子地减1,并返回。sem_trywait()为sem_wait()的非阻塞版,如果信号灯计数大于0,则原子地减1并返回0,否则立即返回-1,errno置为EAGAIN。
3. 获取灯值
int sem_getvalue(sem_t * sem, int * sval);
读取sem中的灯计数,存于*sval中,并返回0。
4. 其他
sem_wait()被实现为取消点,而且在支持原子"比较且交换"指令的体系结构上,sem_post()是唯一能用于异步信号处理函数的POSIX异步信号安全的API。
Example:sem_post表示点灯(资源可用,V操作), sem_wait表示灭灯(资源不可用,P操作)
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include
<semaphore.h> //头文件包含
int ticketcount
= 10;
sem_t
lock;
void
*chk1(void *args)
{
while(1)
{
sem_wait(&lock); //因为要访问全局的共享变量ticketcount,所以就要加锁
if(ticketcount > 0) //如果有票
{
printf("windows1 start sale
ticket!the ticket is:%d
",ticketcount);
ticketcount --;//则卖出一张票
sleep(3);
printf("sale
ticket finish!,the last ticket is:%d
",ticketcount);
}
else //如果没有票了,就解锁退出
{
sem_post(&lock);
break;
}
sem_post(&lock);
sleep(1); //要放到锁的外面
}
pthread_exit(NULL);
}
void
*chk2(void *args)
{
while(1)
{
sem_wait(&lock); //因为要访问全局的共享变量ticketcount,所以就要加锁
if(ticketcount > 0) //如果有票
{
printf("windows2 start sale
ticket!the ticket is:%d
",ticketcount);
ticketcount --;//则卖出一张票
sleep(3);
printf("sale
ticket finish!,the last ticket is:%d
",ticketcount);
}
else //如果没有票了,就解锁退出
{
sem_post(&lock);
break;
}
sem_post(&lock);
sleep(1); //要放到锁的外面
}
pthread_exit(NULL);
}
main()
{
pthread_t
pthid1,pthid2;
sem_init(&lock,0,1); //信号灯值初始为1,表示资源可用
pthread_create(&pthid1,NULL,chk1,NULL);
pthread_create(&pthid2,NULL,chk2,NULL);
pthread_join(pthid1,NULL);
pthread_join(pthid2,NULL);
sem_destroy(&lock);
}