linux进程or线程安全之信号量sem_init

1、信号量定义

linux sem信号量是一种特殊的变量，访问具有原子性,用于解决进程或者线程间共享资源引发的同步问题

用户态进程对sem信号量可以有以下两种操作:

1. 等待信号量
   当信号量值为0时，程序等待；当信号量值大于0时，信号量减1, 程序继续运行。
2. 发送信号量
   将信号量值加1

2、相关函数说明

linux 信号量相关函数都声明头文件 semaphore.h 头文件中，所以使用信号量之前需要先包含头文件

#include <semaphore.h>

信号量的创建就像声明一般的变量一样简单，例如：sem_t sem，之后对该信号量进行初始化和使用。

2.1、信号量初始化sem_init

该函数用于信号量初始化,原型如下:

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

改函数初始化由sem指向的sem_t对象，并给他一个初始值value.
pshared控制信号量的类型:

1. pshared值为0用于多线程之间的同步
2. pshared值大于0表示可以共享,用于多个相关进程间的同步

参数 pshared > 0 时指定了 sem 处于共享内存区域，所以可以在进程间共享该变量

2.2、等待信号量sem_wait

其函数原型有两种

int sem_wait(sem_t *sem); 

int sem_trywait(sem_t *sem);

sem_wait 是一个阻塞的函数，测试所指定信号量的值，它的操作是原子的。若 sem value > 0，则该信号量值减去 1 并立即返回。若sem value = 0，则阻塞直到 sem value > 0，此时立即减去 1，然后返回。

sem_trywait 函数是非阻塞的函数，它会尝试获取获取 sem value 值，如果 sem value = 0，不是阻塞住，而是直接返回一个错误 EAGAIN。

2.3、信号量增加 sem_post

把指定的信号量 sem 的值加 1，唤醒正在等待该信号量的任意线程。

int sem_post(sem_t *sem);

2.4、获取信号量的值sem_getvalue

int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);
获取信号量 sem 的当前值，把该值保存在 sval，若有 1 个或者多个线程正在调用 sem_wait 阻塞在该信号量上，该函数返回阻塞在该信号量上进程或线程个数。

2.5、 信号量销毁 sem_destroy

该函数用于对信号量用完进行清理

int sem_destroy(sem_t *sem);

成功则返回 0，失败返回 -1

3、 一个信号量同步线程案例

下面以一个简单的多线程例子说明如何使用信号量进行线程同步。

在主线程中，创建一个子线程用于处理 resource 共享资源，如果主线程有需求（sem_post），就往其后追加一个 ‘a’ 字符串。

//
// Created by 汪庭东 on 2020/4/15.
//
#include <semaphore.h>
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

sem_t *sem;
static char *resource[30];
void *change_resource(void* res) {
    char *msg = (char*) res;
    fprintf(stdout, "start change resource......\n");
    while (1) {
        sem_wait(sem);
        strcat(resource, "a");
        fprintf(stderr, "change value after: %s\n", msg);
    }
}
int main() {
    int err;
    pthread_t  pthread;

    sem = sem_open("/mysem",O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR, 0);
    do {
        if (pthread_create(&pthread, NULL, change_resource, (void *) resource) != 0) {
            printf("pthread_create failed \n");
            err = -1;
            break;
        }
        while (1) {
            int i;
            printf("1 添加 2 阻塞 3退出\n");
            sleep(1);
            scanf("%d", &i);
            if (i == 1) {
                sem_post(sem);
            } else if(i == 2) {
                continue;
            } else if (i == 3) {
                break;
            }
        }
    } while (0);
    if (sem_destroy(sem) != 0) {
        err = -1;
    }
    return err;
}