在 C 語言中使用訊號量
本文將演示有關如何在 C 語言中使用訊號量的多種方法。
在 C 語言中使用 POSIX Semaphores 來同步訪問共享變數
在基於 UNIX 的系統上，有兩種常見的訊號量 API：POSIX 訊號量和 System V 訊號量。後者被認為具有不太簡單的介面，同時提供與 POSIX API 相同的功能。請注意，訊號量是另一種同步機制，例如互斥體，可以在大多數相似的場景中使用。訊號量是核心維護的整數，通常設定為大於或等於 0 的初始值。
可以對訊號物件執行兩項操作-遞增或遞減一個，這對應於獲取和釋放共享資源。POSIX 為未命名的訊號量提供了特殊的 sem_t 型別，這是多執行緒工作流中更常見的工具。sem_t 變數必須使用 sem_init 函式進行初始化，該函式還指示是否應在程序之間或程序的執行緒之間共享給定的訊號量。一旦變數被初始化，我們就可以使用功能 sem_post 和 sem_wait 來實現同步。sem_post 增加訊號量，通常對應於解鎖共享資源。相反，sem_wait 減少了訊號量並表示資源已鎖定。因此，關鍵部分需要以 sem_wait 開始，以 sem_post 呼叫結束。請注意，檢查成功狀態程式碼對於除錯程式碼至關重要。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>
static long shared = 0;
static sem_t sem;
enum {THREADS = 4};
#define errExit(msg) do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); \
} while (0)
static void *threadFunc(void *arg)
{
long loops = *((long *) arg);
for (long j = 0; j < loops; j++) {
if (sem_wait(&sem) == -1)
errExit("sem_wait");
shared++;
if (sem_post(&sem) == -1)
errExit("sem_post");
}
return NULL;
}
int main(int argc, char *argv[]) {
pthread_t t[THREADS];
int s;
long nloops;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage: %s num_loops\n", argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
nloops = strtol(argv[1], NULL, 0);
if (sem_init(&sem, 0, 1) == -1)
errExit("sem_init");
for (int i = 0; i < THREADS; ++i) {
s = pthread_create(&t[i], NULL, threadFunc, &nloops);
if (s != 0)
errExit("pthread_create");
}
for (int i = 0; i < THREADS; ++i) {
s = pthread_join(t[i], NULL);
if (s != 0)
errExit("pthread_join");
}
printf("shared = %ld\n", shared);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
示例命令：
./program_name 1000
輸出：
shared = 4000
使用 sem_destroy 函式銷燬未命名的訊號量
必須使用 sem_destroy 函式銷燬用 sem_init 呼叫初始化的訊號量。請注意，當沒有程序/執行緒在等待 sem_destroy 時，應呼叫它。省略 sem_destroy 呼叫可能會導致某些系統上的記憶體洩漏。
通常，訊號量與 Pthread 互斥量相比具有相似的效能，但是為了更好的程式碼結構，通常優選使用後者。雖然，在某些情況下，應該從訊號處理程式中修改鎖，這要求該函式是非同步安全的，並且僅如此實現 sem_post。POSIX API 中還有一個命名訊號量，即使建立和使用它的執行緒終止後，該訊號量也可能持續存在。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>
static long shared = 0;
static sem_t sem;
enum {THREADS = 4};
#define errExit(msg) do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); \
} while (0)
static void *threadFunc(void *arg)
{
long loops = *((long *) arg);
for (long j = 0; j < loops; j++) {
if (sem_wait(&sem) == -1)
errExit("sem_wait");
shared++;
if (sem_post(&sem) == -1)
errExit("sem_post");
}
return NULL;
}
int main(int argc, char *argv[]) {
pthread_t t[THREADS];
int s;
long nloops;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage: %s num_loops\n", argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
nloops = strtol(argv[1], NULL, 0);
if (sem_init(&sem, 0, 1) == -1)
errExit("sem_init");
for (int i = 0; i < THREADS; ++i) {
s = pthread_create(&t[i], NULL, threadFunc, &nloops);
if (s != 0)
errExit("pthread_create");
}
for (int i = 0; i < THREADS; ++i) {
s = pthread_join(t[i], NULL);
if (s != 0)
errExit("pthread_join");
}
printf("shared = %ld\n", shared);
sem_destroy(&sem);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
Founder of DelftStack.com. Jinku has worked in the robotics and automotive industries for over 8 years. He sharpened his coding skills when he needed to do the automatic testing, data collection from remote servers and report creation from the endurance test. He is from an electrical/electronics engineering background but has expanded his interest to embedded electronics, embedded programming and front-/back-end programming.
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