【Linux】POSIX信号量
📝前言：
这篇文章我们来讲讲Linux——POSIX信号量：
- 回顾信号量
- POSIX信号量接口
- 基于环形队列的生产者消费者模型
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目录
- 一、回顾信号量
- 二、POSIX信号量接口
- 1. 初始化和销毁
- 2. 等待和发布
- 三、基于环形队列的生产者消费者模型
- 1. 基本实现
- 1.1 思路
- 1.2 实现及运行
- 实现
- 运行
- 2. 细节解刨
- 2.1 多多模型的加锁
- 2.2 对比互斥锁 + 条件变量实现的模型
一、回顾信号量
之前，我们讲述过System V版本的信号量（用于进程）
POSIX版本的信号量（可用于线程），如果要用于进程可以强转，比如把共享资源的前面一部分内容直接强转成POSIX版本的信号量（相当于顶替定义操作了）
- 信号是一个计数器，用来描述一大片共享资源中可用资源的数量（我们把这一大片共享资源给划分了）
- 信号量的本质是对资源的预订机制
- 线程要获得资源，要先 P 操作 （等待操作，计数器
--，申请信号量） - 使用完资源以后，要 V 操作 （发布操作，计数器
++，释放信号量）
- 线程要获得资源，要先 P 操作 （等待操作，计数器
- P 操作和 V 操作本身是原子的
- 如果当前信号量不够了（P的时候，信号量为
0），则该线程会被加入到信号量的等待队列中。（直到有线程 V 操作把信号量给放出来了）
二、POSIX信号量接口
1. 初始化和销毁
初始化
#include sem_t信号量的类型sem：要初始化的信号量pshared：零表示线程间共享，非零表示进程间共享（传0就行）value：信号量初始值- 返回值：成功，零，失败，非零
销毁
int sem_destroy(sem_t *sem);
2. 等待和发布
等待
int sem_wait(sem_t *sem); // P 操作
- 当信号量为
0，线程就会被放到信号量等待队列里面等 - 这个操作是原子的
- 如果为负数就不能访问临界资源，也就是说，在访问临界资源之前，信号量已经对“条件”进行了判断（相当于互斥锁的
while）
发布
int sem_post(sem_t *sem); // V 操作
三、基于环形队列的生产者消费者模型
1. 基本实现
1.1 思路
问题描述
- 生产者往空的位置上生产，消费者消费不为空的位置。
- 队列为空：生产者先生产（消费者不能超过生产者）
- 队列为满：消费者先消费（生产者不能套消费者一圈以上）
问题抽象
- 生产者只关注空盘子
- 消费者只关注非空盘子
- 两者在同一位置时（为空 / 为满），两者才需要同步和互斥
- 不在同一位置时，生产者和消费者之间行为独立
模型特点
- 3 个关系（基本不变）
- 生产与生产：互斥（单生产单消费时退化，只有一个生产者就没有互斥）
- 消费与消费：互斥
- 生产与消费
- 不在同一位置时：互不影响（无关系）
- 在同一个位置时：互斥 + 同步
- 2 个角色：生产者和消费者线程
- 1 个交易场所（环形队列）
实现
- 用二元信号量（且这两个信号量之间有关联）
- 一个描述空盘子数量
- 一个描述非空盘子的数量
- 用
vector来模拟环形队列，生产和消费往vector对应下标里进行
1.2 实现及运行
实现
代码实现
RingQueue.hpp文件：
#include Main.cpp文件
#include "RingQueue.hpp"
#include 运行
运行结果：
单生产单消费，且消费更快，则：生产一个消费一个
cout输出到屏幕上也有并发问题。
多生产，多消费（生产慢，消费快）：
对全局变量num的++操作不是原子的，也会有并发问题。
但是我们基本可以看出来消费的都是旧任务，生产的是新任务。
2. 细节解刨
2.1 多多模型的加锁
多多模型相比单单模型，缺少的就是3个关系中的前两个
多多模型，加锁的位置
- 在申请信号量之前和之后加都可以，但是在之后加效率更高
- 因为申请信号量也是原子操作，多个线程可以先分配好信号量，然后再去竞争锁。
- 如果先申请锁的话，那么每次只能把信号量分给一个线程。
2.2 对比互斥锁 + 条件变量实现的模型
互斥锁 + 条件变量
- 互斥锁 + 条件变量的实现，用在当资源作为整体使用的时候
- 我们使用
queue作为交易场所，但是queue不能同时往多个地方入队，所以只能整体使用
- 我们使用
信号量
- 而信号量可以用于：当资源整体能被划分成多个小资源，且小资源可以同时访问的场景
- 如果资源数量
size为1，则这时候也就退化成了互斥锁 + 条件变量模型
- 如果资源数量
进一步封装
- 当然我们也可以把库的信号量 / 锁封装起来，让代码更优雅
- 然后把访问临界区的代码用
{}扩起来，在{}内定义的变量声明周期随{}
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