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，只要有商品，消费者就可以消费，这没问题。但生产者的生产并不是无限的，例如，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)是互斥量的升级版：互斥量的状态为0或1，而信号量可以为n。也就是说，使用互斥量时，最多允许一个线程进入关键区，而信号量允许多个，具体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

sem_wait(sem);当sem为零时，线程阻塞；否则，sem减一，线程不阻塞。

sem_post(sem);sem加一。

此外，使用sem_init方法，对信号量类型初始化，第二个参数，默认是0，标明用于线程之间。第三个参数指定了初始值。

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;
	//初始化信号量及互斥量
	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;
}