信号量机制例题

在操作系统中，信号量是一种用于同步和互斥的重要机制。在多个进程或线程并发执行的场景下，交错执行顺序的不可避免，使用信号量可以有效地保证程序的正确性和可靠性。

本文将从多个角度分析信号量机制，并通过例题介绍其应用。

一、信号量的基本概念

信号量是一种由计数器和等待队列组成的数据类型，主要用于实现进程或线程之间的通信和同步。信号量可以分为二进制信号量和计数信号量两种。

1、二进制信号量是一种简单的信号量，只有两个值，0和1，可以用于表示只有一个进程或线程能够拥有资源。

2、计数信号量可以有多个值，用来表示资源的可用数量，某个进程或线程需要请求资源时，会检查信号量的值，如果值大于0，则可以使用资源，同时将信号量值减一，如果值为0，则表示资源已经被占用，需要等待其他进程或线程释放资源后再继续使用。

二、信号量的应用

1、互斥锁

互斥锁是一种保护共享资源的机制，只有一个线程能够拥有锁，其他线程需要等待锁的释放才能访问共享资源。使用信号量可以实现互斥锁的功能，当一个线程获取锁时，信号量的值减一，此时其他线程需要等待信号量值变为非零才能继续执行。

2、生产者消费者模型

生产者消费者模型是一种常见的并发问题，多个线程或进程访问一个共享队列，其中生产者将数据放入队列，消费者从队列中取出数据进行处理。使用信号量可以实现生产者消费者模型的同步，当队列为空时，消费者需要等待信号量的值变为非零才能继续执行，当队列已满时，生产者需要等待信号量的值变为非满才能继续执行。

三、例题分析

现有两个进程P1和P2，需要共享一个初始值为0的变量count，P1和P2交替执行，并对count进行加1操作5次，写出使用信号量机制实现的代码，并说明其实现原理。

代码实现如下：

```

#include

#include

#include

#include

sem_t sem;

int count = 0;

void *func1(void *arg)

{

int i;

for (i = 0; i < 5; i++)

{

sem_wait(&sem);

count++;

printf("P1: count = %d\n", count);

sem_post(&sem);

}

return NULL;

}

void *func2(void *arg)

{

int i;

for (i = 0; i < 5; i++)

{

sem_wait(&sem);

count++;

printf("P2: count = %d\n", count);

sem_post(&sem);

}

return NULL;

}

int main()

{

pthread_t tid1, tid2;

sem_init(&sem, 0, 1);

pthread_create(&tid1, NULL, func1, NULL);

pthread_create(&tid2, NULL, func2, NULL);

pthread_join(tid1, NULL);

pthread_join(tid2, NULL);

sem_destroy(&sem);

return 0;

}

```

实现原理：

1、使用sem_t类型的信号量变量sem进行同步操作；

2、主程序创建两个线程tid1和tid2，分别执行func1和func2函数；

3、线程执行时，首先调用sem_wait函数判断信号量值是否为0，如果为0，则阻塞等待，否则将信号量值减一；

4、线程执行加1操作后，调用sem_post函数将信号量值加一；

5、线程执行5次后，主程序结束，调用sem_destroy函数，销毁信号量sem。