Linux--信号量详解
目录
一、信号量
1、信号量相关函数
2、多线程环形队列生产消费模型
3、实现代码
信号量是将整体的资源分割成多份使用
信号量本质是对资源的预定机制
一、信号量
1、信号量相关函数
-
创建信号量:
sem_init:-
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); - 返回值: 成功时返回0,失败时返回-1。
- 参数:
sem: 指向信号量对象的指针。pshared: 如果为0,信号量在进程间不共享;如果为非零值,信号量在进程间共享。value: 初始化信号量的值。
-
-
销毁信号量:
sem_destroy:-
int sem_destroy(sem_t *sem); - 返回值: 成功时返回0,失败时返回-1。
- 参数:
sem: 指向信号量对象的指针。
-
-
等待信号量:
sem_wait:-
int sem_wait(sem_t *sem); - 返回值: 成功时返回0,失败时返回-1。
- 参数:
sem: 指向信号量对象的指针。
-
-
增加信号量:
sem_post:-
int sem_post(sem_t *sem); - 返回值: 成功时返回0,失败时返回-1。
- 参数:
sem: 指向信号量对象的指针。
-
2、多线程环形队列生产消费模型
1、队列空,生产者先进
2、队列满,消费者先进
在局部公共资源有一定的顺序
3、队列不为空且也不为满:允许生产和消费同时进行
上述过程体现线程的局部互斥和整体的同步
不能让消费者超过生产者
生产者也不能超过消费者
怎么做到上述这一点?
信号量
对消费者来说,只关注数据资源
对生产者来说,只关注空间资源
于是我们可以初始化各自的信号量分别为0和N
sem_t space_sem = N;
sem_t data_sem = 0;
于是,我们有两个逻辑:
生产者
P(space_sem)//申请空间信号量,空间资源-1
//生产逻辑
V(data_sem)//生产完毕,数据资源+1消费者
P(data_sem)//申请数据信号量空间资源-1
//消费逻辑
V(space_sem)//消费完毕,空间资源+1
上述两个逻辑就已经能够实现我们基本的生产消费逻辑
为什么?
当时队列为空时,要满足生产者先进
此时,空间资源为N,数据资源为0
即使消费和生产线程同时进,但是因为没有数据,消费线程无法申请信号量,于是阻塞
当队列满时,要满足消费者先进
此时,因为空间资源为0,因此生产者无法申请到信号量,于是阻塞
而当队列不为空不为满时,生产者和消费者都能进
于是,上述的伪代码设计,就能够实现了基本的生产消费模型
实现局部互斥和整体的同步
单生产->多生产
如何修改代码?
此时要考虑多个线程可能会同时访问一个资源
所以要处理多线程之间互斥的关系
因此,解决互斥,要加锁
加几把锁?
两把
为什么?
因为只有生产者之间会竞争数据资源
只有消费者之间会竞争空间资源
现在考虑一个问题:
先申请信号量好还是先加锁好?
如果先加锁
那么,当前线程是进来了,加完锁,再申请信号量
没毛病
但是其他线程呢?
其他线程只能干等着,什么也干不了,阻塞在锁那里,因为锁被人家用了
此时,影响执行速度的,有申请锁 和 申请信号量两个因素
但是如果先申请信号量
那么所有的线程手里都有一个信号量资源
再去抢锁
于是,上一个线程用完锁,下一个立马就直接上锁了
不用再重新申请信号量了
于是,此时限制执行速度的,只有申请锁这个因素
因为已经事先申请了信号量
类似于缓存的机制
因此,先申请信号量的效率要高一些
现在,再次思考一个问题:
单线程的单生产单消费模型 和 多线程 的多生产多消费模型
二者之间的效率,后者真的比前者更高吗?
按道理来说是的
但是,你仔细思考,真的吗?
多线程是要加锁的
为什么加锁?
防止线程竞争互斥现象
就是同一个时间,只能有一个线程在执行,其他线程只能干等着。
什么??????
多线程在同一时间也只能有一个线程在消费数据 / 生产数据
也就是说,多线程在本质上也是串行执行的
那这和单线程的运行有什么区别呢?
单线程也只是串行,多线程也是串行
你搁这隔这呢?
所以,多线程的意义在哪?看着比较叼?
非也,非也
我们说线程互斥,同一个时间只能执行一个,没问题
但是我们可没说同一时间只能创建一个线程
也没有说同一时间只能有一个线程在处理数据
我们所说的线程互斥,是什么时候互斥?在哪里互斥?
这个问题要搞清楚
是在访问共享资源的时候互斥!其他时刻 和 位置并不互斥,互不影响
只能有一个线程在访问 / 获取 共享资源
在这一点,多线程和单线程是一样的
但是,事实上,对于一个程序的执行来说,对资源的访问 / 获取 消耗是很小的
大部分的消耗是什么呢?
是数据的创建 和 数据的处理
而对多线程来说
对于没有访问共享资源的线程
他就可以进行数据的创建 和 数据的处理
这就实现了一定意义的执行同步,即所谓的并发
于是,对于单线程来说
执行速度取决于数据的创建、数据的处理 和 资源的访问 / 获取
但是对于多线程来说
执行速度,仅仅取决于资源的访问 / 获取
因为数据的创建 和 数据的处理 是可以和资源的访问 / 获取并发的
这就是多线程并发的真正核心
也是多线程对于单线程的优势和意义
同时,在上述代码中,你会发现
在申请信号量时,并不需要判断是否满足条件,即是否有资源
而是直接申请
为什么?
因为信号量本质是一个资源计数器
通过资源技术器就可以让外部直接知道资源的有无
而无需判断
3、实现代码
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