C语言中的信号量semaphore详解

最新推荐文章于 2024-12-18 16:42:13 发布

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文章标签： c语言算法开发语言

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在C语言中，**信号量（Semaphore）**是一种常用的同步机制，用于控制多个线程或进程对共享资源的访问。信号量可以实现类似于锁的效果，但更为灵活，适用于并发编程场景。

1. 什么是信号量

信号量可以看作是一个计数器，它记录了当前可以被多少个线程或进程使用的资源数。信号量的计数值可以被初始化为任意整数，然后在访问资源时对其进行增加或减少。

信号量有两种主要类型：

二进制信号量（Binary Semaphore）：也称为互斥锁（Mutex），它的值只有0和1，用于实现资源的独占访问。
计数信号量（Counting Semaphore）：计数范围不止0和1，可以控制多个线程同时访问一定数量的资源。

2. 信号量的基本操作

信号量在C语言中主要通过以下两种操作进行控制：

P操作（wait操作）：用于请求一个信号量资源，如果信号量值大于0，则可以进入并将信号量减1；如果信号量值为0，则阻塞等待。
V操作（signal操作）：用于释放一个信号量资源，将信号量值加1，并唤醒等待的线程。

这两个操作通常被称为原子操作，在执行时不会被中断，从而保证了线程安全。

3. 在C语言中使用信号量

在POSIX标准中，C语言可以使用<semaphore.h>头文件提供的信号量函数来管理信号量。主要的函数有：

sem_init：初始化信号量。
sem_destroy：销毁信号量。
sem_wait：执行P操作（请求资源）。
sem_post：执行V操作（释放资源）。

以下是使用POSIX信号量的一个示例：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>

sem_t semaphore; // 定义信号量

void* thread_func(void* arg) {
    sem_wait(&semaphore); // P操作，等待信号量
    printf("Thread %ld entered critical section\n", (long)arg);
    sleep(1); // 模拟处理时间
    printf("Thread %ld leaving critical section\n", (long)arg);
    sem_post(&semaphore); // V操作，释放信号量
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[5];

    // 初始化信号量，初始值为2（允许两个线程同时进入）
    sem_init(&semaphore, 0, 2);

    // 创建多个线程
    for (long i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, (void*)i);
    }

    // 等待所有线程完成
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    // 销毁信号量
    sem_destroy(&semaphore);
    return 0;
}

在这个示例中：