线程同步-信号量(semaphore)
生产者与消费者问题再思考
在实际生活中，仅仅要有商品。消费者就能够消费，这没问题。
但生产者的生产并非无限的。比如，仓库是有限的，原材料是有限的，生产指标受消费指标限制等等。为了进一步，解决好生产者与消费者问题，引入信号量进机制。
信号量
信号量(semaphore)是相互排斥量的升级版：相互排斥量的状态为0或1。而信号量能够为n。
也就是说，使用相互排斥量时。最多同意一个线程进入关键区，而信号量同意多个，详细值是信号量当前的内部值。
相关函数
sem_t //信号量类型
sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
sem_wait(sem_t *sem)
sem_trywait
sem_timedwait
sem_post(sem_t *sem)
sem_destroy
重要的是理解：sem_wait和sem_post两个函数。
sem_wait(sem);当sem为零时，线程堵塞。否则，sem减一，线程不堵塞。
sem_post(sem);sem加一。
此外，使用sem_init方法，对信号量类型初始化，第二个參数。默认是0，标明用于线程之间。第三个參数指定了初始值。
单生产者与单消费者
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#define NUM 5
sem_t blank_num, product_num;
int i, j, k;
int goods[NUM];
void *producer(void *argv)
{
while (1)
{
sem_wait(&blank_num);
goods[i] = rand() % 100 + 1;
printf("produce %d\n", goods[i]);
sem_post(&product_num);
i = (i + 1) % NUM;
sleep(rand() % 2);
}
}
void *comsumer(void *argv)
{
while (1)
{
sem_wait(&product_num);
printf("comsume %d\n", goods[j]);
goods[j] = 0;
sem_post(&blank_num);
j = (j + 1) % NUM;
sleep(rand() % 2);
}
}
int main(void)
{
i = j = k = 0;
//初始化信号量
sem_init(&blank_num, 0, NUM);
sem_init(&product_num, 0, 0);
pthread_t pro, com;
pthread_create(&com, NULL, producer, NULL);
pthread_create(&pro, NULL, comsumer, NULL);
pthread_join(com, NULL);
pthread_join(pro, NULL);
sem_destroy(&blank_num);
sem_destroy(&product_num);
return 0;
}
多生产者与多消费者
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#define NUM 5
pthread_mutex_t m1, m2;
sem_t blank_num, product_num;
int goods[NUM];
int i, j, k;
void *producer(void *argv)
{
while (1)
{
sem_wait(&blank_num);
pthread_mutex_lock(&m1);
goods[i] = rand() % 100 + 1;
printf("produce %d\n", goods[i]);
i = (i + 1) % NUM;
pthread_mutex_unlock(&m1);
sem_post(&product_num);
sleep(rand() % 2);
}
}
void *comsumer(void *argv)
{
while (1)
{
sem_wait(&product_num);
pthread_mutex_lock(&m2);
printf("comsume %d\n", goods[j]);
goods[j] = 0; //置零
j = (j + 1) % NUM;
pthread_mutex_unlock(&m2);
sem_post(&blank_num);
sleep(rand() % 2);
}
}
int main(void)
{
i = j = k = 0;
//初始化信号量及相互排斥量
sem_init(&blank_num, 0, NUM);
sem_init(&product_num, 0, 0);
pthread_mutex_init(&m1, NULL);
pthread_mutex_init(&m2, NULL);
pthread_t pro[2], com[3];
for (k = 0; k < 3; k++)
pthread_create(&com[k], NULL, producer, NULL);
for (k = 0; k < 2; k++)
pthread_create(&pro[k], NULL, comsumer, NULL);
for (k = 0; k < 3; k++)
pthread_join(com[k], NULL);
for (k = 0; k < 2; k++)
pthread_join(pro[k], NULL);
pthread_mutex_destroy(&m1);
pthread_mutex_destroy(&m2);
sem_destroy(&blank_num);
sem_destroy(&product_num);
return 0;
}