linux下的信号量PV操作进阶之路
一.同步和互斥机制
信号量
互斥锁
同步:指多个任务按照约定的先后次序相互配合来完成一件事情. 比如读线程等待写线程写完之后再去读.
二.信号量-P/V操作
P(s)含义:
if(信号量>0)
{
申请资源的任务运行;
信号量--;
}
else
{申请资源的任务阻塞}
V(S)含义:
信号量++;
if(有任务在等待资源)
{
唤醒等待的任务,让其继续运行.
}
三.Posix信号量:
无名信号量(基于内存的信号量):多用于同一进程的多个线程之间.
有名信号量:既可用于线程之间,也可用于进程之间.
四.无名信号量常用函数:
#include<semaphore>
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int val); 初始化
pshared: 0-线程间 1-进程间
val:信号量初值.
int sem_wait(sem_t *sem); P操作(可以这样理解,等下,我看看有没有资源)
int sem_post(sem_t *sem); V操作
五.结合例子讲解
题目: 两个线程同步读写缓冲区(生产者/消费者问题,这里的读写是相对于缓冲区来说的)
否定之否定的实现道路:
1.错误实现1(自己一开始按照互斥思想的错误实现)
在同一个线程中开始位置写上了sem_wait(&s),结束位置写上了sem_post(&s).这根本就不是信号量的用法,哈哈哈.
2.错误实现2(把P操作放错位置)
#include<stdio.h> #include<pthread.h> #include<semaphore.h> char buff[100]; sem_t s; //用两个子线程来实现 void *ReadTask(void *arg) { while(1) { if(strcmp(buff, "quit", 4) == 0) { printf("hehe, 遇到quit,退出\n"); break; } else { sem_wait(&s); printf("所读内容:%s\n", buff); //把数据从缓存区中读出 } } pthread_exit("ReadTask End!"); } void *WriteTask(void *arg) { do { scanf("%s", &buff); //把数据写到缓存区中 sem_post(&s); }while(strcmp(buff, "quit", 4) != 0); pthread_exit("WriteTask End!"); } int main() {
if (sem_init(&s, 0, 0) < 0) //此处一开始将可用资源设为0.
{
perror("sem_init");
exit(-1); //直接退出线程
}
pthread_t t_read; pthread_t t_write; //即使这里先创建的t_read,也不代表t_read先执行.它们的执行顺序不固定的. int rc1 = pthread_create(&t_read, NULL, ReadTask, NULL);
if(rc1<0)
{
perror("pthread_create t_read");
exit(-1);
} int rc2 = pthread_create(&t_write, NULL, WriteTask, NULL);
if(rc2<0)
{
perror("pthread_create t_write");
exit(-1);
}
pthread_join(t_read, NULL); pthread_join(t_write, NULL); return 0; }
这里本来预想的结果是:当我输入"quit"后,直接执行if分支中的并退出线程.最后发现不是这个回事.发现还会进入到else的分支里,感觉很是费解.
后来gdb调试,发现问题出现在了sem_wait这一行.
当我敲入"quit"之前,读线程就已经执行到了sem_wait这里(因为buff符合else条件),只是因为信号量为0,所以阻塞在这里.等我敲入"quit"后,写线程将其写到buff中,然后唤醒了读线程,才有了下面的结果.
quit
所读内容:quit
hehe, 遇到quit,退出
3.对上面进行修改:
只需把sem_wait放在线程循环一开始的地方.
void *ReadTask(void *arg) { while(1) { sem_wait(&s); if(strcmp(buff, "quit", 4) == 0) { printf("hehe, 遇到quit,退出\n"); break; } else { printf("所读内容:%s\n", buff); //把数据从缓存区中读出 } } pthread_exit("ReadTask End!"); }
4.用主线程和子线程来实现:
当输入"quit"时,主线程循环结束,主线程return 0,子线程也跟着结束了.
为何要先初始化信号量,再创建线程呢?
如果先创建线程的话,主线程和子线程谁先运行是不确定的,这带来什么影响呢? 如果把信号量初始化放在主线程中并且在子线程创建之后,如果子线程中内容先执行并且对信号量进行了操作,就会出现问题,因为此时信号量还没有初始化.
#include<stdio.h> #include<pthread.h> #include<semaphore.h> char buff[100]; sem_t s; //用一个子线程 void *ReadTask(void *arg) { while(1) { sem_wait(&s); printf("所读内容:%s\n", buff); //把数据从缓存区中读出 } pthread_exit("ReadTask End!"); } int main() { if(sem_init(&s, 0, 0)) //此处一开始将可用资源设为0.
{
perror("sem_init");
exit(-1);
}
pthread_t t_read; //即使这里先创建的t_read,也不代表t_read先执行.它们的执行顺序不固定的. int rc1 = pthread_create(&t_read, NULL, ReadTask, NULL); if(rc1 < 0)
{
perror("pthread_create t_read");
exit(-1);
}
do { scanf("%s", &buff); //把数据写到缓存区中 sem_post(&s); }while(strcmp(buff, "quit", 4) != 0); return 0; }
5.以上几种情况使用一个信号量存在的问题,不是严格意义上的同步(严格意义上:写的时候,不要读;读的时候不要写):
上面例子中的信号量实际上是针对读线程的,保证缓冲区中有数据时才可以去读.但是并没有针对写线程,因为需要保证在读的时候,不要往缓冲区中去写入.不然会造成读取异常的问题.
举例:
上述的例子中,如果读线程花的时间比较长,而写线程一直往里面写.就会导致前面的内容被后面的给覆盖掉,而读线程只是读到了后面的内容.
void *ReadTask(void *arg) { while(1) { sem_wait(&s); sleep(5); //来模拟读的过程时间长 printf("所读内容:%s\n", buff); //把数据从缓存区中读出 } pthread_exit("ReadTask End!"); }
可能的结果是
aaa
bbb
ccc
所读内容:ccc
所读内容:ccc
所读内容:ccc
quit
6.用两个信号量来实现同步过程:
#include<stdio.h> #include<pthread.h> #include<semaphore.h> char buff[100]; sem_t sem_r; sem_t sem_w; //用一个子线程 void *ReadTask(void *arg) { while(1) { sem_wait(&sem_r); //判断sem_r是否大于0,是的话,就去--,申请资源的任务运行;否的话就阻塞 sleep(2); printf("所读内容:%s\n", buff); //把数据从缓存区中读出 sem_post(&sem_w);//读的信号量++,如果有读操作处于阻塞,就把它给唤醒. } pthread_exit("ReadTask End!"); } int main() { if(sem_init(&sem_w, 0, 1)<0) //写信号量一开始为1 { perror("sem_init sem_w"); exit(-1); } if(sem_init(&sem_r, 0, 0)<0) //读信号量一开始为0 { perror("sem_init sem_r"); exit(-1); } pthread_t t_read; //即使这里先创建的t_read,也不代表t_read先执行.它们的执行顺序不固定的. if(pthread_create(&t_read, NULL, ReadTask, NULL)<0) { error("pthread_create t_read"); exit(-1); } do { sem_wait(&sem_w); scanf("%s", &buff); //把数据写到缓存区中 sem_post(&sem_r); }while(strcmp(buff, "quit", 4) != 0);
return 0; }
运行结果如下: 这个时候来不及处理的字符串会阻塞在sem_wait(&sem_w);它没有进到缓冲区中会在输入窗中排队.
a
b
c
d
所读内容:a
所读内容:b
所读内容:c
所读内容:d
之前对PV操作只是感性的认识,今天结合这个教程学习了很多,谢谢这个老师了.
