一、sem_t概述
sem_t是Linux系统下的一个信号量结构体,用于多线程编程中的同步与互斥。
sem_t结构体通常包含了一个整数值,用于表示某个共享资源的可用数量或者锁的状态。在多线程环境下,通过对sem_t结构体中的整数值进行操作,可以实现线程之间的同步与互斥。它是常用的解决竞态条件的方法之一。
#includeint sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); int sem_wait(sem_t *sem); int sem_post(sem_t *sem); int sem_destroy(sem_t *sem);
sem_init()用于初始化信号量,可以为信号量分配资源,或更新现有信号量的计数器值。
参量pshared指定信号量的类型,0表示该信号量用于当前进程的线程间同步,非0表示该信号量可用于多个进程的线程间同步。
sem_wait()用于减小信号量值(若当前值为0,则函数阻塞),表示当前线程请求占用锁资源。sem_post()用于释放锁资源(等待线程可以获取资源)。
sem_destroy()用于销毁信号量对象。
二、sem_t使用场景
sem_t可以用于多线程下的同步与互斥。例如,当多个线程同时访问一个共享资源时,就会出现竞争条件。使用sem_t则通过对共享资源的访问进行限制,保证了数据的一致性和正确性。
另外,在网络编程中,也可以使用sem_t控制客户端的频率。例如,一个在线游戏的服务器,可以通过sem_t控制每个客户端的请求数量,避免某一个客户端占用过多的服务器资源。
三、sem_t使用示例
下面是使用sem_t实现生产者-消费者模型的代码示例:
#include#include #include #define MAX_LOOP 10 #define BUFFER_SIZE 4 int buffer[BUFFER_SIZE]; int count = 0; int in = 0, out = 0; sem_t empty; sem_t full; sem_t mutex; void *producer(void *arg) { int i; int item; for (i = 0; i < MAX_LOOP; ++i) { item = i + 1; sem_wait(&empty); sem_wait(&mutex); buffer[in] = item; in = (in + 1) % BUFFER_SIZE; sem_post(&mutex); sem_post(&full); printf("producer: item %d produced\n", item); } pthread_exit(NULL); } void *consumer(void *arg) { int i; int item; for (i = 0; i < MAX_LOOP; ++i) { sem_wait(&full); sem_wait(&mutex); item = buffer[out]; out = (out + 1) % BUFFER_SIZE; sem_post(&mutex); sem_post(&empty); printf("consumer: item %d consumed\n", item); } pthread_exit(NULL); } int main() { pthread_t tid1, tid2; sem_init(&empty, 0, BUFFER_SIZE); sem_init(&full, 0, 0); sem_init(&mutex, 0, 1); pthread_create(&tid1, NULL, producer, NULL); pthread_create(&tid2, NULL, consumer, NULL); pthread_join(tid1, NULL); pthread_join(tid2, NULL); sem_destroy(&empty); sem_destroy(&full); sem_destroy(&mutex); return 0; }
上述代码中,利用sem_t和线程相关的函数pthread_create()、pthread_join()等建立了两个线程,分别对应producer和consumer。
empty、full、mutex是表示三种信号量的sem_t类型变量。
producer线程负责生产物品,并把物品放入buffer(缓冲区)中。consumer线程负责消费物品,并从buffer中取出物品。
empty表示缓冲区有多少个空闲位置,full表示缓冲区中有多少个物品。mutex是二元信号量,用于lock或unlock共享变量buffer[ ]。
sem_wait()函数被用于lock住各个信号量。以empty为例:每当producer向buffer赋值时,producer调用sem_wait(&empty)阻塞它自己直到empty的值大于0,这确保了buffer仅在有空闲位置时才能被写入。
sem_post()函数被用于unlock(即increament)相应的信号。以full为例:每当consumer取出一个物品时,它会使用sem_post(&full)将full的值增加1,这确保了buffer仅在有物品被放入时方可被取出。
四、sem_t总结
在Linux多线程编程中,sem_t是一个十分实用的同步与互斥工具。使用sem_t可以有效地避免竞态条件的出现,保证数据的一致性和正确性。此外,sem_t还可以应用于网络编程中,控制客户端的频率,保证服务器的稳定性。