操作系统并发性（四） 信号量

信号量是一个有整数值的对象，它的语义针对某个特定的资源，它的值是可用的资源个数的抽象。

当值大于零时，值表示可用的资源个数。

当值小于零时，值表示正在等待的线程个数。

当值等于零时，表示没有线程等待，但是自己无法使用该资源。

信号量的底层是利用锁与条件变量实现的，而锁与条件变量的实现又是利用到了底层硬件的支持，包括同步原语，等待队列，休眠机制等

操作系统并发性（二）：锁

操作系统并发性（三）：条件变量

信号量最大的好处就是代码量小，尤其是比条件变量小的多，使用极其方便。

//头文件
#include 
//数据结构
sem_t s;
//初始化,第三个参数表明s的初始值，第二个参数一般设置为0，
//表示信号量是多个线程共享的。
sem_init(&s, 0, 1);
//使用
sem_post(&s);
sem_wait(&s);

sem_wait执行步骤：

将信号量的值减1如果此时信号量的值大于等于0，跳出，否则陷入休眠

sem_post执行步骤：

将信号量的值加1如果有其他线程休眠，唤醒一个线程

sem_t s;
sem_init(&s, 0, 1);

sem_wait(&s);
//临界区代码
sem_post(&s);

使用一目了然，注意这里信号量的初值赋为1。表示第一个线程可以进入临界区。

以父线程等待子线程执行完毕为例。

sem_t s;

void* thr_son(void*)
{
	printf("son beginn");
	printf("son endn");
	sem_post(&s);
	return NULL;
}
	

int main()
{
	sem_init(&s, 0, 0);
	printf("father beginn");
	pthread_t son;
	pthread_create(&son, NULL, thr_son, NULL);
	sem_wait(&s);
	printf("father endn");
}

这里我们用锁与条件变量实现一个自己的信号量 zem_t。

依次实现信号量的三个API，并用它实现父线程等待子线程的功能。

#include 
#include 
#include 

typedef struct zem_t{
    int value;
    pthread_mutex_t mutex;
    pthread_cond_t cond;
}zem_t;

zem_t z;

void zem_init(zem_t* zem_p, int value)
{
    zem_p->value = value;
    pthread_mutex_init(&zem_p->mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&zem_p->cond, NULL);
}

void zem_post(zem_t* zem_p)
{
    pthread_mutex_lock(&zem_p->mutex);
    zem_p->value++;
    pthread_cond_signal(&zem_p->cond);
    pthread_mutex_unlock(&zem_p->mutex);
}

void zem_wait(zem_t* zem_p)
{
    pthread_mutex_lock(&zem_p->mutex);
    zem_p->value--;
    while (zem_p->value < 0)
        pthread_cond_wait(&zem_p->cond, &zem_p->mutex);
    pthread_mutex_unlock(&zem_p->mutex);
}
void* thr_son(void*)
{
	printf("son beginn");
	printf("son endn");
	zem_post(&z);
	return NULL;
}
int main()
{
	zem_init(&z, 0);
	printf("father beginn");
	pthread_t son;
	pthread_create(&son, NULL, thr_son, NULL);
	zem_wait(&z);
	printf("father endn");

}