Linux C++ 信号量学习 sem_init sem_post sem_wait sem_timedwait

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一、函数简介
信号量的数据类型为结构sem_t，它本质上是一个长整型的数。函数sem_init（）用来初始化一个信号量。它的原型为：　　

extern int sem_init __P ((sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value));　　

sem为指向信号量结构的一个指针；pshared不为０时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享；value给出了信号量的初始值。　　

（1）函数sem_post( sem_t *sem )用来增加信号量的值。当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。　　

（2）函数sem_wait( sem_t *sem )被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。函数sem_trywait ( sem_t *sem )是函数sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量sem的值减一。　　

（3）函数sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout) 与 sem_wait() 类似，只不过 abs_timeout 指定一个阻塞的时间上限，如果调用因不能立即执行递减而要阻塞。

（4）函数sem_destroy(sem_t *sem)用来释放信号量sem。　

二、函数参数说明
信号量用sem_init函数创建的，下面是它的说明：
#include<semaphore.h>
int sem_init (sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

这个函数的作用是对由sem指定的信号量进行初始化，设置好它的共享选项，并指定一个整数类型的初始值。pshared参数控制着信号量的类型。如果 pshared的值是０，就表示它是当前里程的局部信号量；否则，其它进程就能够共享这个信号量。我们现在只对不让进程共享的信号量感兴趣。　（这个参数受版本影响），　pshared传递一个非零将会使函数调用失败。

这两个函数控制着信号量的值，它们的定义如下所示：

#include <semaphore.h>
int sem_wait(sem_t * sem);
int sem_post(sem_t * sem);
int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);

<1>sem_post函数的作用是给信号量的值加上一个“1”，它是一个“原子操作”－－－即同时对同一个信号量做加“1”操作的两个线程是不会冲突的；而同时对同一个文件进行读、加和写操作的两个程序就有可能会引起冲突。信号量的值永远会正确地加一个“2”－－因为有两个线程试图改变它。
<2>sem_timedwait() 与 sem_wait() 类似，只不过 abs_timeout 指定一个阻塞的时间上限，如果调用因不能立即执行递减而要阻塞。abs_timeout 参数指向一个指定绝对超时时刻的结构，这个结果由自Epoch，1970-01-01 00:00:00 +0000(UTC) 秒数和纳秒数构成。这个结构定义如下：
           struct timespec {
           time_t tv_sec; /* 秒 */
           long tv_nsec; /* 纳秒 */
           };
           如果调用时超时时刻已经到点，并且信号量不能立即锁定，那么 sem_timedwait() 将失败于超时(errno 设置为 ETIMEDOUT)。

如果操作能被立即执行，那么 sem_timedwait() 永远不会失败于超时错误，而不管 abs_timeout 的值。进一步说，abs_timeout 的验证在此时没有进行。
<3>sem_wait函数也是一个原子操作，它的作用是从信号量的值减去一个“1”，但它永远会先等待该信号量为一个非零值才开始做减法。也就是说，如果你对一个值为2的信号量调用sem_wait(),线程将会继续执行，介信号量的值将减到1。如果对一个值为0的信号量调用sem_wait()，这个函数就会地等待直到有其它线程增加了这个值使它不再是0为止。如果有两个线程都在sem_wait()中等待同一个信号量变成非零值，那么当它被第三个线程增加一个“1”时，等待线程中只有一个能够对信号量做减法并继续执行，另一个还将处于等待状态。
信号量这种“只用一个函数就能原子化地测试和设置”的能力下正是它的价值所在。还有另外一个信号量函数 sem_trywait ，它是sem_wait的非阻塞搭档。

        最后一个信号量函数是sem_destroy。这个函数的作用是在我们用完信号量对它进行清理。下面的定义：
         #include<semaphore.h>
         int sem_destroy (sem_t *sem);
         这个函数也使用一个信号量指针做参数，归还自己战胜的一切资源。在清理信号量的时候如果还有线程在等待它，用户就会收到一个错误。
        与其它的函数一样，这些函数在成功时都返回“0”。

三、示例代码

//g++ semtest.cpp -o test -lpthread

#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>
sem_t sem;

/*function:获取当前时间，精确到毫秒
* */
int64_t getTimeMsec()
{
struct timeval tv;
gettimeofday(&tv, NULL);
return tv.tv_sec * 1000 + tv.tv_usec / 1000;
}

void* func_sem_wait(void* arg)
{
printf("set wait\n");
sem_wait(&sem);
printf("sem wait success\n");
int *running = (int*)arg;
printf("func_sem_wait running\n");
printf("%d\n", *running);
}

void* func_sem_timedwait(void* arg)
{
timespec timewait;
timewait.tv_sec = getTimeMsec() / 1000 + 2;
timewait.tv_nsec = 0;
printf("sem_timedwait\n");
int ret = sem_timedwait(&sem, &timewait);
printf("sem_timedwait,ret=%d\n", ret);
printf("func_sem_timedwait running\n");
}

void* func_sem_post(void* arg)
{
printf("func_sem_post running\n");
printf("sem post\n");
int *a = (int*)arg;
*a = 6;
sem_post(&sem);
sem_post(&sem);
}

int main()
{
sem_init(&sem, 0, 0);
pthread_t thread[3];
int a = 5;

pthread_create(&(thread[0]), NULL, func_sem_wait, &a);
printf("thread func_sem_wait\n");

pthread_create(&(thread[2]), NULL, func_sem_timedwait, &a);
printf("thread func_sem_timedwait\n");

sleep(4);

pthread_create(&(thread[1]), NULL, func_sem_post, &a);
printf("thread func_sem_post\n");

pthread_join(thread[0], NULL);
pthread_join(thread[1], NULL);
pthread_join(thread[2], NULL);
sem_destroy(&sem);
}