linux多线程学习笔记三---线程同步之信号量

一，共享数据

一组并发线程运行在一个进程的上下文中，每个线程都有它自己独立的线程上下文，包括线程ID、栈、栈指针、程序计数器、条件代码和通用寄存器。每个 线程和其他线程一起共享进程上下文的剩余部分。包括整个用户虚拟地址空间，它是由只读文本、读写数据、堆以及所有的共享库代码和数据区域组成的。线程也共 享同样的打开文件的集合。所以任何线程都可以访问共享虚拟存储器的任意位置。如果某个线程修改了一个存储器位置，那么其他每个线程最终都能在它读这个位置 时发现这个变化。

多线程的C程序中的变量根据他们的存储类型被映射到虚拟存储器。

全局变量：全局变量定义在外的变量。在运行函数之时，虚拟存储器的读/写区域只包含每个全 局变量的一个实例。本地自动变量：本地自动变量就是定义在函数内部但没有static属性的变量。在运行时，每个线程的栈都包含它自己的所有本地自动变量 的实例。即使多个线程执行同一个线程程。因为线程拥有自己的栈空间。本地静态变量：本地静态变量是定义在函数内部并有static属性的变量。和全局变量 一样，虚拟存储器的读/写区域只包含在程序中声明的每个本地静态变量的一个实例。由此可知全局变量和本地静态变量都属于共享变量。

二，用信号量同步线程

共享变量十分方便，同时也引入同步错误的可能性。，可以通过信号量来同步线程。Posix信号量的三个基本操作时sem_init,sem_wait和sem_post，学过操作系统的都知道PV操作，其中的sem_wait相当于P操作，sem_post相当于V操作.

#include<semaphore.h>
    int sem_init(sem_t *sem,0,unsigned int value);
    int sem_wait(sem_t*s);
    int sem_post(sem_t*s);
    返回：若成功为0，若出错则为-1

看如下代码:

    #include<pthread.h>
    #include<stdio.h>
    #include<semaphore.h>
    #define NITERS 100000000
    /*共享变量*/
    unsigned int cnt = 0;
    sem_t mutex;
    void *count(void *arg)
    {
        int i;
        for(i=0;i<NITERS;i++)
        {
            sem_wait(&mutex);
            cnt++;
            sem_post(&mutex);
        }
        return arg;
    }
    int main()
    {
        pthread_t tid1,tid2;
        int status;
        sem_init(&mutex,0,1);
        status=pthread_create(&tid1,NULL,count,NULL);
        if(status!=0)
        {
            printf("create error\n");
            return 1;
        }
        status=pthread_create(&tid2,NULL,count,NULL);
        if(status!=0)
        {
            printf("create error\n");
            return 1;
        }
        status=pthread_join(tid1,NULL);
        if(status!=0)
        {
            printf("join error\n");
            return 1;
        }
        status=pthread_join(tid2,NULL);
        if(status!=0)
        {
            printf("join error\n");
            return 1;
        }
        if(cnt!=(unsigned)NITERS*2)
            printf("Boom!,cnt=%d\n",cnt);
        else
            printf("Ok cnt=%d\n",cnt);
        return O;
    }

若没加信号量时运行结果为：Boom!,cnt=120924615  加上信号量后为：Ok cnt=200000000，通过信号量使线程互斥的执行cnt++。

叫其信号量，其实也可用信号灯来理解
下面就是从这个实体名词出发，解释了信号量机制

三． 信号灯 
信号灯与互斥锁和条件变量的主要不同在于"灯"的概念，灯亮则意味着资源可用，灯灭则意味着不可用。如果说后两中同步方式侧重于"等待"操作，即 资源不可用的话，信号灯机制则侧重于点灯，即告知资源可用；没有等待线程的解锁或激发条件都是没有意义的，而没有等待灯亮的线程的点灯操作则有效，且能保 持灯亮状态。当然，这样的操作原语也意味着更多的开销。 

信号灯的应用除了灯亮/灯灭这种二元灯以外，也可以采用大于1的灯数，以表示资源数大于1，这时可以称之为多元灯。 

1． 创建和注销 
POSIX信号灯标准定义了有名信号灯和无名信号灯两种，但LinuxThreads的实现仅有无名灯，同时有名灯除了总是可用于多进程之间以外，在使用上与无名灯并没有很大的区别，因此下面仅就无名灯进行讨论。 

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value) 
这是创建信号灯的API，其中value为信号灯的初值，pshared表示是否为多进程共享而不仅仅是用于一个进程。LinuxThreads 没有实现多进程共享信号灯，因此所有非0值的pshared输入都将使sem_init()返回-1，且置errno为ENOSYS。初始化好的信号灯由 sem变量表征，用于以下点灯、灭灯操作。 

int sem_destroy(sem_t * sem) 
被注销的信号灯sem要求已没有线程在等待该信号灯，否则返回-1，且置errno为EBUSY。除此之外，LinuxThreads的信号灯注销函数不做其他动作。 

2． 点灯和灭灯 
int sem_post(sem_t * sem) 
点灯操作将信号灯值原子地加1，表示增加一个可访问的资源。 

int sem_wait(sem_t * sem) 
int sem_trywait(sem_t * sem) 
sem_wait()为等待灯亮操作，等待灯亮（信号灯值大于0），然后将信号灯原子地减1，并返回。sem_trywait()为sem_wait()的非阻塞版，如果信号灯计数大于0，则原子地减1并返回0，否则立即返回-1，errno置为EAGAIN。 

3． 获取灯值 
int sem_getvalue(sem_t * sem, int * sval) 

读取sem中的灯计数，存于*sval中，并返回0。 

4． 其他 
sem_wait()被实现为取消点，而且在支持原子"比较且交换"指令的体系结构上，sem_post()是唯一能用于异步信号处理函数的POSIX异步信号安全的API。