信號量、互斥鎖和條件變量的區別

一、

1、互斥鎖總是必須由給其上鎖的線程解鎖，信號量的掛出確不必由執行過它的等待操作的同一線程執行。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生產者與消費者偽代碼

 

2、互斥鎖要么被鎖住，要么被解鎖（二值狀態，類似於二值信號量）

3、既然信號量有一個與之關聯的狀態（它的數值），那么信號量的掛出操作總是被記住。然而當向一個條件變量發送信號時，如果沒有線程等待在該條件變量上，那么信號將丟失。

 

 

 

ps：提供信號量的原因是，在進程間同步的情況下，若沒有涉及到共享內存區時，需要使用信號量。

 

二、

　　1、posix提供量中信號量：有名信號量和基於內存的信號量，后者被稱為無名信號量。

　　

有名信號量如下圖所示：

　　

內存信號量（無名信號量）如下圖所示：

　　　　

三、有名信號量

　　sem_open:創建一個新的有名信號量或者打開一個已經存在的有名信號量。有名信號量既可用於線程間同步，也可用於進程間同步。

頭文件：#include <semaphore.h>
函數原型：sem_t *sem_open(const char *name,int oflag,mode_t mode,unsigned int value);
參數：
name 信號量的外部名字
oflag 選擇創建或打開一個現有的信號量
mode 權限位
value 信號量初始值

oflag參數可以是0、O_CREAT（創建一個信號量）或O_CREAT|O_EXCL（如果沒有指定的信號量就創建），如果指定了O_CREAT，那么第三個和第四個參數是需要的；其中mode參數指定權限位，value參數指定信號量的初始值，通常用來指定共享資源的書面。該初始不能超過SEM_VALUE_MAX，這個常值必須低於為32767。二值信號量的初始值通常為1，計數信號量的初始值則往往大於1。

如果指定了O_CREAT（而沒有指定O_EXCL），那么只有所需的信號量尚未存在時才初始化它。所需信號量已存在條件下指定O_CREAT不是一個錯誤。該標志的意思僅僅是“如果所需信號量尚未存在，那就創建並初始化它”。但是所需信號量等已存在條件下指定O_CREAT|O_EXCL卻是一個錯誤。

sem_open返回指向sem_t信號量的指針，該結構里記錄着當前共享資源的數目。

sem_close用於關閉打開着的信號量：

#include <semaphore.h>

int sem_close(sem_t *sem)

sem_unlink將有名信號量從系統中刪除

#include <semaphore.h>

int sem_unlink(const char *name)

sem_wait是一個函數，也是一個 原子操作，它的作用是從 信號量的值減去一個“1”，但它永遠會先等待該信號量為一個非零值才開始做減法。也就是說，如果你對一個值為2的信號量調用sem_wait()， 線程將會繼續執行，將信號量的值將減到1。

如果對一個值為0的信號量調用sem_wait()，這個函數就會原地等待直到有其它線程增加了這個值使它不再是0為止。如果有兩個線程都在sem_wait()中等待同一個信號量變成非零值，那么當它被第三個 線程增加 一個“1”時，等待線程中只有一個能夠對信號量做減法並繼續執行，另一個還將處於等待狀態。sem_trywait(sem_t *sem)是函數sem_wait的非阻塞版，它直接將信號量sem減1，同時返回錯誤代碼EAGAIN。

#include <semaphore.h>

int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_trywait(sem_t *sem);

sem_post是給信號量的值加上一個“1”，它是一個“原子操作”－－－即同時對同一個信號量做加“1”操作的兩個線程是不會沖突的；

#include <semaphore.h>
int sem_post(sem_t *sem);

sem_getvalue，計算機術語，是把 sem 指向的信號量當前值放置在 sval 指向的整數上。 如果有一個或多個進程或線程當前正在使用 sem_wait(3) 等待信號量，POSIX.1-2001 允許返回兩種結果在 sval 里：要么返回 0；要么返回一個負值，它的絕對等於當前正在 sem_wait(3) 里阻塞的進程和線程數。Linux 選擇了前面的行為(返回零)。

#include <semaphore.h>

int sem_getvalue(sem_t *sem,int *sval);

posix有名信號量至少是隨內核持續性的，因此可以跨多個進程操作他們。

 

 四、無名信號量

　之前的內容處理的是posix有名信號量的內容，這些信號量是由一個name參數標識的，它通常指代文件系統中的某個文件。然而posix也提供了基於內存的信號量。

 

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

如果 pshared 是0,那么初始化的信號量是在同一個進程的各個線程間共享的。

如果 pshared 是非零值，那么信號量將在進程之間共享，並且應該定位共享內存區域(見 shm_open(3)、mmap(2) 和 shmget(2))。因為通過 fork(2) 
創建的孩子繼承其父親的內存映射，因此它也可以見到這個信號量。所有可以訪問共享內存區域的進程都可以用 sem_post(3)、sem_wait(3) 等等操作信號量。
初始化一個已經初始的信號量其結果未定義。
參數
sem ：指向信號量對象
　　pshared : 指明信號量的類型。不為0時此信號量在進程間共享，否則只能為當前進程的所有線程共享。
　　value : 指定信號量值的大小
返回值
sem_init() 成功時返回 0；錯誤時，返回 -1，並把 errno 設置為合適的值。
錯誤
EINVAL
value 超過 SEM_VALUE_MAX。
ENOSYS
pshared 非零，但系統還沒有支持進程共享的信號量。

摧毀信號量：

#include <semaphore.h>

int sem_destroy(sem_t *sem);

 

　　進程間共享基於內存信號量的規則：信號量本身（其作為sem_init第一個參數的sem_t數據類型變量）必須駐留在由所有希望共享它的進程所共享的內存區中，而且sem_init的第二個參數必須是1。

　　在父進程中打開的任何信號量仍應在子進程中打開。如下：

　　

sem_t *sem;

sem = sem_open("sem name",O_CREATE|O_EXCL,FILE_MODE,0);
if(childpid = fork() == 0)
{
        sem_wait(sem);      
}
else
{
        sem_post(sem);  
}