2.信號量線程控制

　　(1)信號量說明。

　　在第8章中已經(jīng)講到，信號量也就是操作系統(tǒng)中所用到的PV原子操作，它廣泛用于進程或線程間的同步與互斥。信號量本質(zhì)上是一個非負(fù)的整數(shù)計數(shù)器，它被用來控制對公共資源的訪問。這里先來簡單復(fù)習(xí)一下PV原子操作的工作原理。

　　PV原子操作是對整數(shù)計數(shù)器信號量sem的操作。一次P操作使sem減一，而一次V操作使sem加一。進程(或線程)根據(jù)信號量的值來判斷是否對公共資源具有訪問權(quán)限。當(dāng)信號量sem的值大于等于零時，該進程(或線程)具有公共資源的訪問權(quán)限;相反，當(dāng)信號量sem的值小于零時，該進程(或線程)就將阻塞直到信號量sem的值大于等于0為止。

　　PV原子操作主要用于進程或線程間的同步和互斥這兩種典型情況。若用于互斥，幾個進程(或線程)往往只設(shè)置一個信號量sem，它們的操作流程如圖9.2所示。

　　當(dāng)信號量用于同步操作時，往往會設(shè)置多個信號量，并安排不同的初始值來實現(xiàn)它們之間的順序執(zhí)行，它們的操作流程如圖9.3所示。

　　圖9.2 信號量互斥操作 圖9.3 信號量同步操作

　　(2)函數(shù)說明。

　　Linux實現(xiàn)了POSIX的無名信號量，主要用于線程間的互斥與同步。這里主要介紹幾個常見函數(shù)。

　　n sem_init()用于創(chuàng)建一個信號量，并初始化它的值。

　　n sem_wait()和sem_trywait()都相當(dāng)于P操作，在信號量大于零時它們都能將信號量的值減一，兩者的區(qū)別在于若信號量小于零時，sem_wait()將會阻塞進程，而sem_trywait()則會立即返回。

　　n sem_post()相當(dāng)于V操作，它將信號量的值加一同時發(fā)出信號來喚醒等待的進程。

　　n sem_getvalue()用于得到信號量的值。

　　n sem_destroy()用于刪除信號量。

　　(3)函數(shù)格式。

　　表9.7列出了sem_init()函數(shù)的語法要點。

　　表9.8列出了sem_wait()等函數(shù)的語法要點。

　　(4)使用實例。

　　在前面已經(jīng)通過互斥鎖同步機制實現(xiàn)了多線程的順序執(zhí)行。下面的例子是用信號量同步機制實現(xiàn)3個線程之間的有序執(zhí)行，只是執(zhí)行順序是跟創(chuàng)建線程的順序相反。

　　/*thread_sem.c*/

　　#include

　　#include

　　#include

　　#include

　　#define THREAD_NUMBER 3 /* 線程數(shù) */

　　#define REPEAT_NUMBER 3 /* 每個線程中的小任務(wù)數(shù) */

　　#define DELAY_TIME_LEVELS 10.0 /*小任務(wù)之間的最大時間間隔*/

　　sem_t sem[THREAD_NUMBER];

　　void *thrd_func(void *arg)

　　{

　　int thrd_num = (int)arg;

　　int delay_time = 0;

　　int count = 0;

　　/* 進行P操作 */

　　sem_wait(&sem[thrd_num]);

　　printf("Thread %d is startingn", thrd_num);

　　for (count = 0; count < REPEAT_NUMBER; count++)

　　{

　　delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)) + 1;

　　sleep(delay_time);

　　printf("tThread %d: job %d delay = %dn",

　　thrd_num, count, delay_time);

　　}

　　printf("Thread %d finishedn", thrd_num);

　　pthread_exit(NULL);

　　}

　　int main(void)

　　{

　　pthread_t thread[THREAD_NUMBER];

　　int no = 0, res;

　　void * thrd_ret;

　　srand(time(NULL));

　　for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)

　　{

　　sem_init(&sem[no], 0, 0);

　　res = pthread_create(&thread[no], NULL, thrd_func, (void*)no);

　　if (res != 0)

　　{

　　printf("Create thread %d failedn", no);

　　exit(res);

　　}

　　}

　　printf("Create treads successn Waiting for threads to finish...n");

　　/* 對最后創(chuàng)建的線程的信號量進行V操作 */

　　sem_post(&sem[THREAD_NUMBER - 1]);

　　for (no = THREAD_NUMBER - 1; no >= 0; no--)

　　{

　　res = pthread_join(thread[no], &thrd_ret);

　　if (!res)

　　{

　　printf("Thread %d joinedn", no);

　　}

　　else

　　{

　　printf("Thread %d join failedn", no);

　　}

　　/* 進行V操作 */

　　sem_post(&sem[(no + THREAD_NUMBER - 1) % THREAD_NUMBER]);

　　}

　　for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)

　　{

　　/* 刪除信號量 */

　　sem_destroy(&sem[no]);

　　}

　　return 0;

　　}

　　該程序運行結(jié)果如下所示：

　　$ ./thread_sem

　　Create treads success

　　Waiting for threads to finish...

　　Thread 2 is starting

　　Thread 2: job 0 delay = 9

　　Thread 2: job 1 delay = 5

　　Thread 2: job 2 delay = 10

　　Thread 2 finished

　　Thread 2 joined

　　Thread 1 is starting

　　Thread 1: job 0 delay = 7

　　Thread 1: job 1 delay = 4

　　Thread 1: job 2 delay = 4

　　Thread 1 finished

　　Thread 1 joined

　　Thread 0 is starting

　　Thread 0: job 0 delay = 10

　　Thread 0: job 1 delay = 8

　　Thread 0: job 2 delay = 9

　　Thread 0 finished

　　Thread 0 joined