文章目錄
- POSIX信號量
- 是什么？
- 信號量的意義？
- 怎么用？
- 基于環形佇列的生產消費模型
POSIX信號量
是什么？
信號量（也叫信號燈），本質是一個在描述臨界資源中，有效資源個數的計數器，
如果把臨界區劃分成多個塊兒，那么多個執行緒可以同時進入臨界區訪問不同的塊，
之前的鎖，是我們認為臨界資源只有一塊，
信號量可以保證讓多個執行緒同時進入臨界區，訪問臨界資源的不同塊，
申請信號量，把計數器--叫做P操作；釋放信號量，計數器++叫做V操作，
要保證所有的執行緒都得看到信號量，所以信號量本身就是臨界資源，因此得保證它的安全，
因此PV操作一定是原子的，
信號量的意義？
臨界資源可以劃分成多塊，
這樣就可以并行的訪問臨界資源，提高效率，
怎么用？
POSIX信號量和SystemV信號量作用相同，都是用于同步操作，達到無沖突的訪問共享資源的目的， 但POSIX可以用于執行緒間同步，
- 初始化信號量
#include <semaphore.h>
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
pshared：0表示執行緒間共享，非零表示行程間共享
value：信號量初始值
- 銷毀信號量
int sem_destroy(sem_t *sem);
- 等待信號量 - P操作：會將信號量的值減1
int sem_wait(sem_t *sem);
- 發布信號量 - V操作：會將信號量的值加1
int sem_post(sem_t *sem);
基于環形佇列的生產消費模型
環形佇列可以抽象成陣列，用模運算來模擬環狀特性，
生產者和消費者不指向同一個位置時，佇列不滿不空；而指向同一個位置時，佇列是滿或空的狀態，
也就是說，下標不同時，它們并行（同步）；相同時，它們串行，（互斥)
該模型用信號量維持了生產者和消費者的同步與互斥，
- RingQueue.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <vector>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>
#define NUM 10
class RingQueue{
private:
void P(sem_t &s) // 參考
{
sem_wait(&s); // 取地址
}
void V(sem_t &s)
{
sem_post(&s);
}
public:
RingQueue(int _cap = NUM):max_cap(_cap), v(_cap)
{
sem_init(&sem_space, 0, max_cap); // 0 代表執行緒間共享，max_cap信號量初始值
sem_init(&sem_data, 0, 0); // 資料資源最初為0
c_index = 0;// 默認消費者從0開始走
p_index = 0;// 默認生產者從0開始走
}
void Put(const int &in)
{
P(sem_space); // 生產者，申請格子資源
v[p_index] = in; // 生產
p_index++;
p_index %= max_cap;
V(sem_data); // 多了一份資料資源
}
void Get(int &out)
{
P(sem_data); // 消費者，申請資料資源
out = v[c_index]; // 消費
c_index++;
c_index %= max_cap;
V(sem_space); // 消費完就多了一份格子資源
}
~RingQueue()
{
sem_destroy(&sem_space);
sem_destroy(&sem_data);
c_index = 0;
p_index = 0;
}
private:
int max_cap;
std::vector<int> v;
sem_t sem_space; // 生產者關心的格子資源
sem_t sem_data; // 消費者關心的資料資源
int c_index; // 決定了它使用臨界資源的哪一份
int p_index;
};
- main.cc
#include"RingQueue.hpp"
void* producer(void* ring_queue)
{
RingQueue* rq = (RingQueue*)ring_queue;
while(true)
{
int count = rand()%100 + 1;
sleep(1);
rq->Put(count); //生產
std::cout<< "producer is producing" << std::endl;
}
}
void* consumer(void* ring_queue)
{
RingQueue* rq = (RingQueue*)ring_queue;
while(true)
{
int data = 0;
rq->Get(data); // 消費
std::cout<< "consumer data: #" << data << std::endl;
}
}
int main()
{
pthread_t p,c;
RingQueue *rq = new RingQueue();
pthread_create(&p, nullptr, producer, rq);
pthread_create(&c, nullptr, consumer, rq);
pthread_join(p, nullptr);
pthread_join(c, nullptr);
delete rq;
return 0;
}
- Makefile
testRingQueue:main.cc
g++ $^ -o $@ -std=c++11 -lpthread
.PHONY:clean
clean:
rm -f testRingQueue
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