大家知道，互斥鎖可以用于線程間同步，但是，每次只能有一個線程搶到互斥鎖，這樣限制了程序的并發行。如果我們希望允許多個線程同時訪問同一個資源，那么使用互斥鎖是沒有辦法實現的，只能互斥鎖會將整個共享資源鎖住，只允許一個線程訪問。

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這種現象，使得線程依次輪流運行，也就是線程從并行執行變成了串行執行，這樣與直接使用單進程無異。

于是，Linux系統提出了信號量的概念。這是一種相對比較折中的處理方式，它既能保證線程間同步，數據不混亂，又能提高線程的并發性。注意，這里提到的信號量，與我們所學的信號沒有一點關系，就比如Java與JavaScript沒有任何關系一樣。

主要應用函數：

• sem_init函數 ​
• sem_destroy函數 ​
• sem_wait函數 ​
• sem_trywait函數
• ​sem_timedwait函數
• ​sem_post函數

以上6 個函數的返回值都是：成功返回0， 失敗返回-1，同時設置errno。

細心的讀者可能留意到，它們沒有pthread前綴，這說明信號量不僅可以用在線程間，也可以用在進程間。

sem_t數據類型，其本質仍是結構體。但是類似于文件描述符一樣，我們在應用期間可簡單將它看作為整數，而忽略實現細節。

使用方法：sem_t sem; 我們約定，信號量sem不能小于0。使用時，注意包含頭文件 。

類似于互斥鎖，信號量也有類似加鎖和解鎖的操作，加鎖使用sem_wait函數，解鎖使用sem_post函數。這兩個函數有如下特性：

• 調用sem_post時，如果信號量大于0，則信號量減一;
• 當信號量等于0時，調用sem_post時將造成線程阻塞;
• 調用sem_post時，將信號量加一，同時喚醒阻塞在信號量上的線程。

上面提到的對線程的加一減一操作，由于sem_t的實現對用戶隱藏，所以這兩個操作只能通過函數來實現，而不能直接使用++、--符號來操作。

##sem_init函數

• 函數原型： int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
• 函數作用： 初始化一個信號量;
• 參數說明： sem：信號量 ; pshared：取0時，信號量用于線程間同步;取非0(一般為1)時則用于進程間同步; value：指定信號量初值，而信號量的初值，決定了允許同時占用信號量的線程的個數。

##sem_destroy函數

• 函數原型： int sem_destroy(sem_t *sem);
• 函數作用： 銷毀一個信號量

##sem_wait函數

• 函數原型： int sem_wait(sem_t *sem);
• 函數作用： 給信號量值加一

##sem_post函數

• 函數原型： int sem_post(sem_t *sem);
• 函數作用： 給信號量值減一

##sem_trywait函數

• 函數原型： int sem_trywait(sem_t *sem);
• 函數作用： 嘗試對信號量加鎖，與pthread_mutex_trylock類似;

##sem_timedwait函數

• 函數原型： int sem_timedwait(sem_t sem, const struct timespec abs_timeout);
• 函數作用： 限時嘗試對信號量加鎖
• 參數說明： sem：信號量; abs_timeout：與pthread_cond_timedwait一樣，采用的是絕對時間。

用法如下(例如超時時間設為1秒)：

• time_t cur = time(NULL);
• 獲取當前時間。 struct timespec t;
• 定義timespec 結構體變量t t.tv_sec = cur+1;
• 定時1秒 t.tv_nsec = t.tv_sec +100;
• sem_timedwait(&sem, &t);
• 傳參

生產者消費者信號量模型：

/*信號量實現 生產者 消費者問題*/ 
#include <stdlib.h> 
#include <unistd.h> 
#include <pthread.h> 
#include <stdio.h> 
#include <semaphore.h> 
#define NUM 5                
int queue[NUM];                                     //全局數組實現環形隊列 
sem_t blank_number, product_number;                 //空格子信號量, 產品信號量 
void *producer(void *arg) 
{ 
    int i = 0; 
    while (1) { 
        sem_wait(&blank_number);                    //生產者將空格子數--,為0則阻塞等待 
        queue[i] = rand() % 1000 + 1;               //生產一個產品 
        printf("----Produce---%d\n", queue[i]);         
        sem_post(&product_number);                  //將產品數++ 
        i = (i+1) % NUM;                            //借助下標實現環形 
        sleep(rand()%3); 
    } 
} 
void *consumer(void *arg) 
{ 
    int i = 0; 
    while (1) { 
        sem_wait(&product_number);                  //消費者將產品數--,為0則阻塞等待 
        printf("-Consume---%d\n", queue[i]); 
        queue[i] = 0;                               //消費一個產品  
        sem_post(&blank_number);                    //消費掉以后,將空格子數++ 
        i = (i+1) % NUM; 
        sleep(rand()%3); 
    } 
} 
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    pthread_t pid, cid; 
    sem_init(&blank_number, 0, NUM);                //初始化空格子信號量為5 
    sem_init(&product_number, 0, 0);                //產品數為0 
    pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL); 
    pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL); 
    pthread_join(pid, NULL); 
    pthread_join(cid, NULL); 
    sem_destroy(&blank_number); 
    sem_destroy(&product_number); 
    return 0; 
} 

運行結果：

本文授權轉載自公眾號「良許Linux」。良許，世界500強外企Linux開發工程師，公眾號里分享大量Linux干貨，歡迎關注!