Linux--sem_wait sem_post信号量操作进本函数

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linux线程间通信的几种方法

linux线程间通信的几种方法

linux线程间通信的几种方法Linux是一种开源的操作系统,它支持多线程编程,因此线程间通信是非常重要的。

线程间通信是指在多个线程之间传递数据或信息的过程。

在Linux中,有多种方法可以实现线程间通信,本文将介绍其中的几种方法。

1. 信号量信号量是一种用于线程间同步和互斥的机制。

它可以用来控制对共享资源的访问。

在Linux中,信号量是由sem_t类型的变量表示的。

它有三个主要的操作:初始化、P操作和V操作。

初始化操作用于初始化信号量的值。

P操作用于获取信号量,如果信号量的值为0,则线程会被阻塞,直到信号量的值大于0。

V操作用于释放信号量,将信号量的值加1。

下面是一个使用信号量实现线程间通信的例子:```#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <semaphore.h>sem_t sem;void *thread1(void *arg){sem_wait(&sem);printf("Thread 1\n");sem_post(&sem);pthread_exit(NULL);}void *thread2(void *arg){sem_wait(&sem);printf("Thread 2\n");sem_post(&sem);pthread_exit(NULL);}int main(){pthread_t t1, t2;sem_init(&sem, 0, 1);pthread_create(&t1, NULL, thread1, NULL); pthread_create(&t2, NULL, thread2, NULL); pthread_join(t1, NULL);pthread_join(t2, NULL);sem_destroy(&sem);return 0;}```在这个例子中,我们创建了两个线程,它们都需要获取信号量才能执行。

linux sem用法

linux sem用法

linux sem用法Linux系统中的sem(信号量)是一种用于进程间通信和同步的机制。

它提供了一种多个进程之间能够互斥地访问共享资源的方法。

在本文中,我将详细介绍sem的用法,并一步一步地回答您的问题。

第一步:什么是sem?Sem是由Linux内核提供的一种进程同步原语。

它允许进程在对共享资源的访问上进行同步,以避免竞争条件的发生。

它可以用于实现互斥访问共享资源的目的。

第二步:sem的创建和初始化在Linux中,可以使用semget()函数创建一个新的信号量,或者使用semget()函数打开一个已经存在的信号量。

创建新的信号量时,需要指定一个键值,这个键值标识了信号量的唯一性。

创建一个新的信号量的示例代码如下:cint semid = semget(key, 1, IPC_CREAT IPC_EXCL 0666);初始化信号量的值可以使用semctl()函数,其中第二个参数是信号量的编号,第三个参数是命令,第四个参数是信号量的初始值。

初始化信号量的示例代码如下:cunsigned short sem_array[1] = {1}; 初始信号量为1union semun arg;arg.array = sem_array;semctl(semid, 0, SETALL, arg);第三步:sem的P操作和V操作一旦创建和初始化了信号量,就可以使用semop()函数对信号量进行P操作(减法操作)和V操作(加法操作)。

P操作会将信号量的值减1,如果信号量的值为0,则进程将会被阻塞,直到信号量的值大于0为止。

V操作会将信号量的值加1。

如果有多个进程在等待该信号量,则会选择其中一个进行唤醒。

P操作的示例代码如下:cstruct sembuf sb;sb.sem_num = 0;sb.sem_op = -1;sb.sem_flg = SEM_UNDO; semop(semid, &sb, 1);V操作的示例代码如下:cstruct sembuf sb;sb.sem_num = 0;sb.sem_op = 1;sb.sem_flg = SEM_UNDO; semop(semid, &sb, 1);第四步:sem的销毁当信号量不再需要时,可以使用semctl()函数进行销毁。

linuxc语言哲学家进餐---信号量PV方法一

linuxc语言哲学家进餐---信号量PV方法一

linuxc语⾔哲学家进餐---信号量PV⽅法⼀1、实验原理 由Dijkstra提出并解决的哲学家进餐问题(The Dinning Philosophers Problem)是典型的同步问题。

该问题是描述有五个哲学家共⽤⼀张圆桌,分别坐在周围的五张椅⼦上,在圆桌上有五个碗和五只筷⼦,他们的⽣活⽅式是交替地进⾏思考和进餐。

平时,⼀个哲学家进⾏思考,饥饿时便试图取⽤其左右最靠近他的筷⼦,只有在他拿到两只筷⼦时才能进餐。

进餐完毕,放下筷⼦继续思考。

2.实验内容:显⽰出每个哲学家的⼯作状态,如吃饭,思考。

连续运⾏30次以上都未出现死锁现象。

3.分析解决⽅案⼀:现在引⼊问题的关键:这些哲学家很穷,只买得起五根筷⼦。

他们坐成⼀圈,两个⼈的中间放⼀根筷⼦。

哲学家吃饭的时候必须同时得到左⼿边和右⼿边的筷⼦。

如果他⾝边的任何⼀位正在使⽤筷⼦,那他只有等着。

所以我们就假设最多只有4民哲学家在进餐这样就能保证没有死锁的情况。

代码如下:1 #include<unistd.h>2#define NUM 53int ID[NUM]={0,1,2,3,4};4 sem_t sem_chopsticks[NUM];5 sem_t sem_eaters;6int eaters_num=0;//记录已经吃过饭的次数78//初始化信号量函数9void sem_signal_init(){10int i;11for(i=0;i<NUM;i++){12if(sem_init(&sem_chopsticks[i],0,1)==-1){13 perror("oops:em_init error!");14 exit(1);15 }16 }17if(sem_init(&sem_eaters,0,NUM-1)==-1){18 perror("oops:em_init error!");19 exit(1);20 }212223 }24252627//执⾏函数,每个线程相当于⼀个哲学家来进⾏28void * philosopher(void *ptid){29int pthread_id=*(int *)ptid%NUM;30 printf("%d philosopher is thinking...\n",(int)pthread_id);31 sem_wait(&sem_eaters);32//申请左筷⼦33 sem_wait(&sem_chopsticks[pthread_id]);34 printf("%d philosopher takes chopstick %d...\n",(int)pthread_id,(int)pthread_id);35//申请右筷⼦36 sem_wait(&sem_chopsticks[(pthread_id+1)%NUM]);37 printf("%d philosopher takes chopstick %d...\n",(int)pthread_id,((int)pthread_id+1)%NUM);38 printf("%d philosopher is eating, %d philosopher had already dined.\n",(int)pthread_id,eaters_num);39 sem_post(&sem_chopsticks[(pthread_id+1)%NUM]) ;40 sem_post(&sem_chopsticks[pthread_id]);41 sem_post(&sem_eaters);42 eaters_num++;//吃过⼀次的⼈加加43 printf("%d philosopher had dined, by now %d philosopher had already dined.\n",(int)pthread_id,eaters_num); 4445 }4647484950int main(int argc,char *argv[]){51int i,l,j,k;52//循环五个线程多少次53for(l=0;l<1;++l){54 printf("*******%d times try *******",l+1);55 pthread_t philosopher_threads[NUM];56 sem_signal_init();57//循环创建五个线程并执⾏58for(i=0;i<NUM;i++){5960 printf("%d times\n",i);61if(pthread_create(&philosopher_threads[i],NULL,philosopher,&ID[i])!=0){62 perror("oops:pthread_create error!");63 exit(1);6465 }666768 }6970//⽗线程等待⼦线程都结束才继续执⾏71for(j=0;j<NUM;j++){72 pthread_join(philosopher_threads[j],NULL);73 }74//结束销毁信号量75 sem_destroy(&sem_eaters);76for(k=0;k<NUM;++k){77 sem_destroy(&sem_chopsticks[k]);78 }79 eaters_num=0;80 sleep(2);818283 }84858687return0;88 }运⾏结果如下:1 philosopher is thinking...0 philosopher takes chopstick 0...3 times1 philosopher takes chopstick 1...2 philosopher is thinking...4 times1 philosopher takes chopstick 2...1 philosopher is eating, 0 philosopher had already dined.3 philosopher is thinking...4 philosopher is thinking...1 philosopher had dined, by now 1 philosopher had already dined.2 philosopher takes chopstick 2...0 philosopher takes chopstick 1...0 philosopher is eating, 1 philosopher had already dined.4 philosopher takes chopstick 4...3 philosopher takes chopstick 3...0 philosopher had dined, by now 2 philosopher had already dined.4 philosopher takes chopstick 0...4 philosopher is eating, 2 philosopher had already dined.4 philosopher had dined, by now 3 philosopher had already dined.3 philosopher takes chopstick 4...3 philosopher is eating, 3 philosopher had already dined.3 philosopher had dined, by now4 philosopher had already dined.2 philosopher takes chopstick 3...2 philosopher is eating, 4 philosopher had already dined.2 philosopher had dined, by now 5 philosopher had already dined.--------------------------------Process exited after 2.127 seconds with return value 0请按任意键继续. . .后续⽅案将继续更新请关注。

linux信号量实现原理

linux信号量实现原理

linux信号量实现原理【导言】Linux作为开源操作系统,在程序设计和开发方面广泛应用。

而信号量Semaphore作为进程同步和互斥的一种机制,在Linux系统中也广泛使用,特别是在多进程编程中。

本文将从概念、原理、实现等方面为读者深入解析Linux信号量的实现原理。

【正文】一、信号量的概念信号量是一种进程同步机制,用于解决多个并发进程或线程的访问共享资源带来的问题。

它是由E.W. Dijkstra在发明了PV操作之后,发明的一种机制,意味着操作系统的发展。

二、信号量的原理Semaphore本身是一个计数器,用于记录可用资源的数量,资源数量非0即1。

在Linux系统中,信号量一般由一个整数和两个操作——PV操作组成。

P操作,称为down操作,表示试图获取资源,如果可用资源的数量大于0,则占用该资源并将可用资源的数量减1;否则阻塞等待。

V操作,称为up操作,表示释放资源,增加可用资源的数量。

信号量使用可有效避免多个进程、线程对共享资源的相互影响,实现了多个进程之间的同步和互斥,从而保证了系统的稳定性和性能。

三、信号量的实现Semaphore实现主要分为两种:System V IPC信号量和POSIX IPC信号量。

System V IPC信号量是最早开发实现的方法,主要是使用semget、semctl、semop三个函数实现。

而POSIX IPC信号量则相对较新,主要是使用sem_init、sem_destroy、sem_wait、sem_post四个函数实现。

System V IPC信号量的实现需要操作系统调用内核,在一定程度上增加了系统的负担,从而影响了系统的性能和稳定性。

而POSIX IPC信号量则更加灵活、高效、可移植。

四、应用实例Semaphore的应用广泛,可以在多进程、多线程编程、操作系统调度、交通管制等方面使用。

在Linux系统中,Semaphore常常用于控制多个进程对共享文件、共享内存的读写访问,避免产生竞争条件,提高了程序执行效率。

《Linux高级系统编程》教学教案

《Linux高级系统编程》教学教案

《Linux高级系统编程》教学教案一、教学目标1. 让学生掌握Linux系统编程的基本概念和原理。

2. 培养学生熟练使用Linux系统编程API的能力。

3. 使学生了解Linux系统编程的高级主题和技巧。

4. 培养学生解决实际问题的能力,提高他们在Linux环境下的软件开发水平。

二、教学内容1. Linux系统编程概述讲解Linux系统编程的基本概念、特点和优势。

2. 文件I/O操作介绍Linux文件I/O模型,讲解文件的打开、关闭、读写、同步等操作。

3. 进程管理讲解Linux进程的概念、创建、终止、进程间通信等知识。

4. 线程管理介绍Linux线程的基本概念、创建、同步、互斥等知识。

5. 高级I/O操作讲解Linux高级I/O操作,如异步I/O、直接I/O、内存映射I/O等。

三、教学方法1. 讲授法:讲解基本概念、原理和知识点。

2. 案例教学法:通过实际案例让学生掌握编程技巧和方法。

3. 实验教学法:安排实验课程,让学生亲自动手实践,提高实际操作能力。

四、教学环境1. 教室环境:投影仪、计算机、网络等。

2. 实验环境:装有Linux操作系统的计算机、网络等。

五、教学评估1. 课堂问答:检查学生对课堂知识的理解和掌握程度。

2. 实验报告:评估学生在实验过程中的动手能力和解决问题能力。

3. 课程作业:检查学生对课程知识点的综合运用能力。

4. 期末考试:全面评估学生对本门课程的掌握程度。

六、信号处理1. 信号基本概念讲解信号的定义、作用和信号处理的基本方法。

2. 信号处理函数介绍Linux信号处理函数,如signal(), rse(), sigaction()等。

3. 信号在进程和线程中的处理讲解信号在进程和线程中的传播和处理机制。

七、同步与互斥1. 同步与互斥基本概念讲解同步与互斥的概念、作用和应用场景。

2. 互斥锁介绍Linux互斥锁的使用,如pthread_mutex_lock(), pthread_mutex_unlock()等。

linux系统文件操作sem_open,sem_close,sem_post,sem_wait

linux系统文件操作sem_open,sem_close,sem_post,sem_wait

linux系统⽂件操作sem_open,sem_close,sem_post,sem_wait信号灯分为有名信号灯和内存信号灯⼀、Posix有名信号灯1.posix有名信号灯函数函数sem_open创建⼀个新的有名信号灯或打开⼀个已存在的有名信号灯。

有名信号灯总是既可⽤于线程间的同步,⼜能⽤于进程间的同步。

1. sem_open名称::sem_open功能:创建并初始化有名信号灯头⽂件:#include <semaphore.h>函数原形:sem_t *sem_open(const char *name,int oflag,/*mode_t mode,unsigned int value*/);参数:name 信号灯的外部名字oflag 选择创建或打开⼀个现有的信号灯mode 权限位value 信号灯初始值返回值:成功时返回指向信号灯的指针,出错时为SEM_FAILEDoflag参数能是0、O_CREAT(创建⼀个信号灯)或O_CREAT|O_EXCL(如果没有指定的信号灯就创建),如果指定了O_CREAT,那么第三个和第四个参数是需要的;其中mode参数指定权限位,value参数指定信号灯的初始值,通常⽤来指定共享资源的书⾯。

该初始不能超过 SEM_VALUE_MAX,这个常值必须低于为32767。

⼆值信号灯的初始值通常为1,计数信号灯的初始值则往往⼤于1。

如果指定了O_CREAT(⽽没有指定O_EXCL),那么只有所需的信号灯尚未存在时才初始化他。

所需信号灯已存在条件下指定O_CREAT不是个错误。

该标志的意思仅仅是“如果所需信号灯尚未存在,那就创建并初始化他”。

不过所需信号灯等已存在条件下指定O_CREAT|O_EXCL却是个错误。

sem_open返回指向sem_t信号灯的指针,该结构⾥记录着当前共享资源的数⽬。

/*semopen.c*/#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <fcntl.h> /* For O_* constants */#include <sys/stat.h> /* For mode constants */#include <semaphore.h>int main(int argc,char**argv){sem_t *sem;if(argc!=2){printf(“please input a file name!\n”);exit(1);}sem=sem_open(argv[1],O_CREAT,0644,1);exit(0);}2. sem_close名称::sem_close功能:关闭有名信号灯头⽂件:#include函数原形:int sem_close(sem_t *sem);参数:sem 指向信号灯的指针返回值:若成功则返回0,否则返回-1。

linux线程间同步和互斥的方法

linux线程间同步和互斥的方法

linux线程间同步和互斥的方法随着计算机技术的飞速发展,多线程应用已经变得越来越普遍。

在Linux操作系统中,多线程是一种强大的工具,它允许程序同时执行多个任务,从而提高系统的并发性和效率。

然而,多线程应用也带来了一些挑战,如线程间的同步和互斥问题。

本文将介绍Linux线程间同步和互斥的方法。

一、互斥(Mutex)互斥是最基本的同步机制之一,用于保护共享资源,防止多个线程同时访问同一资源而造成数据混乱。

在Linux中,可以使用pthread_mutex_t类型来创建互斥锁。

使用pthread_mutex_lock()函数来锁定互斥锁,确保同一时刻只有一个线程可以访问被保护的资源;使用pthread_mutex_unlock()函数来解锁互斥锁,允许其他线程访问该资源。

二、条件变量(ConditionVariable)条件变量是一种更复杂的同步机制,它允许一个或多个线程在满足某个条件时被唤醒。

在Linux中,可以使用pthread_cond_t类型来创建条件变量。

线程可以通过pthread_cond_wait()函数进入等待状态,直到条件满足时被唤醒。

使用pthread_cond_signal()或pthread_cond_broadcast()函数来通知其他等待的线程。

三、读写锁(Read-WriteLock)读写锁是一种更高效的同步机制,它允许多个读线程同时访问共享资源,但在写操作时只允许一个写线程访问。

在Linux中,可以使用pthread_rwlock_t类型来创建读写锁。

读线程可以同时获取读锁,而写线程必须获取写锁。

当写线程释放写锁时,读线程可以再次获取读锁。

这种机制可以提高并发性能,降低资源争用的开销。

四、信号量(Semaphore)信号量是一种用于控制并发访问的计数器。

它通常用于计数有限的资源数量,如文件描述符或磁盘空间。

在Linux中,可以使用sem_t 类型来创建信号量。

使用sem_wait()函数来减少信号量的值,表示消耗了一个资源;使用sem_post()函数来增加信号量的值,表示释放了一个资源。

linuxsemaphore实现原理

linuxsemaphore实现原理

linuxsemaphore实现原理Linux中的信号量(semaphore)是一种用于在多个进程或线程之间同步和互斥访问共享资源的机制。

它是一种计数器,用于控制对临界区的访问。

实现原理信号量的实现原理主要涉及两个方面:操作系统内核中的数据结构和系统调用。

1.内核数据结构在Linux内核中,每个信号量由一个结构体(struct semaphore)表示,该结构体定义在头文件`linux/semaphore.h`中。

其主要成员包括计数器(count)、等待队列(wait_list)和一个互斥锁(lock)。

计数器用于记录可用资源的数量,等待队列用于存储等待信号量的进程或线程,互斥锁用于保护计数器和等待队列的访问。

2.系统调用Linux提供了一些系统调用函数,用于对信号量进行操作。

常见的系统调用函数包括`sem_init`、`sem_wait`、`sem_post`和`sem_destroy`。

- `sem_init`用于初始化一个信号量,并指定可用资源的数量。

该函数将创建一个新的信号量对象,并将计数器和互斥锁初始化为指定的值,将等待队列置为空。

- `sem_wait`用于请求使用一个资源。

如果计数器大于0,则计数器减1,表示资源被占用。

如果计数器为0,则进程或线程将被加入等待队列,等待其他进程或线程释放资源。

- `sem_post`用于释放一个资源。

该函数将计数器加1,并唤醒等待队列中的一个进程或线程,使其能够继续执行。

- `sem_destroy`用于销毁一个信号量对象。

该函数将释放内存和资源,并将信号量对象标记为无效。

这些系统调用函数可以通过用户空间的库函数进行调用,例如`sem_init`由`pthread`库提供,`sem_wait`和`sem_post`由`semaphores`库提供。

应用场景信号量在操作系统中广泛应用于进程间通信和线程同步的场景,常见的应用包括:1. 进程间通信:多个进程可以使用信号量来同步对共享内存或文件的访问,以避免竞态条件(race conditions)。

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信号量的数据类型为结构sem_t,它本质上是一个长整型的数。

函数sem_init()用来初始化一个信号量。

它的原型为:
extern intsem_init __P ((sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value));
sem为指向信号量结构的一个指针;pshared不为0时此信号量在进程间共享,否则只能为当前进程的所有线程共享;value给出了信号量的初始值。

函数sem_post( sem_t *sem )用来增加信号量的值。

当有线程阻塞在这个信号量上时,调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞,选择机制同样是由线程的调度策略决定的。

函数sem_wait( sem_t *sem )被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0,解除阻塞后将sem的值减一,表明公共资源经使用后减少。

函数sem_trywait ( sem_t *sem )是函数sem_wait()的非阻塞版本,它直接将信号量sem的值减一。

函数sem_destroy(sem_t *sem)用来释放信号量sem。

信号量用sem_init函数创建的,下面是它的说明:
#include<semaphore.h>
intsem_init (sem_t *sem, intpshared, unsigned int value);
这个函数的作用是对由sem指定的信号量进行初始化,设置好它的共享选项,并指定一个整数类型的初始值。

pshared参数控制着信号量的类型。

如果pshared的值是0,就表示它是当前里程的局部信号量;否则,其它进程就能够共享这个信号量。

我们现在只对不让进程共享的信号量感兴趣。

(这个参数受版本影响),pshared传递一个非零将会使函数调用失败。

这两个函数控制着信号量的值,它们的定义如下所示:
[cpp]view plaincopy
1.#include <semaphore.h>
2.int sem_wait(sem_t * sem);
3.int sem_post(sem_t * sem);
这两个函数都要用一个由sem_init调用初始化的信号量对象的指针做参数。

sem_post函数的作用是给信号量的值加上一个“1”,它是一个“原子操作”---即同时对同一个信号量做加“1”操作的两个线程是不会冲突的;而同时对同一个文件进行读、加和写操作的两个程序就有可能会引起冲突。

信号量的值永远会正确地加一个“2”--因为有两个线程试图改变它。

sem_wait函数也是一个原子操作,它的作用是从信号量的值减去一个“1”,但它永远会先等待该信号量为一个非零值才开始做减法。

也就是说,如果你对一个值为2的信号量调用sem_wait(),线程将会继续执行,
介信号量的值将减到1。

如果对一个值为0的信号量调用sem_wait(),这个函数就会地等待直到有其它线程增加了这个值使它不再是0为止。

如果有两个线程都在sem_wait()中等待同一个信号量变成非零值,那么当它被第三个线程增加一个“1”时,等待线程中只有一个能够对信号量做减法并继续执行,另一个还将处于等待状态。

信号量这种“只用一个函数就能原子化地测试和设置”的能力下正是它的价值所在。

还有另外一个信号量函数sem_trywait,它是sem_wait的非阻塞搭档。

最后一个信号量函数是sem_destroy。

这个函数的作用是在我们用完信号量对它进行清理。

下面的定义: #include<semaphore.h>
intsem_destroy (sem_t *sem);
这个函数也使用一个信号量指针做参数,归还自己战胜的一切资源。

在清理信号量的时候如果还有线程在等待它,用户就会收到一个错误。

与其它的函数一样,这些函数在成功时都返回“0”。

[cpp]view plaincopy
1.#include <stdio.h>
2.#include <unistd.h>
3.#include <stdlib.h>
4.#include <string.h>
5.#include <pthread.h>
6.#include <semaphore.h>
7.
8.sem_t bin_sem;
9.void *thread_function1(void *arg)
10.{
11.printf("thread_function1--------------sem_wait\n");
12.sem_wait(&bin_sem);
13.printf("sem_wait\n");
14.while (1)
15.{
16.}
17.}
18.
19.void *thread_function2(void *arg)
20.{
21.printf("thread_function2--------------sem_post\n");
22.sem_post(&bin_sem);
23.printf("sem_post\n");
24.while (1)
25.{
26.}
27.}
28.
29.
30.
31.int main()
32.{
33.int res;
34.pthread_t a_thread;
35.void *thread_result;
36.
37.res = sem_init(&bin_sem, 0, 0);
38.if (res != 0)
39.{
40. perror("Semaphore initialization failed");
41.}
42. printf("sem_init\n");
43.res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function1, NULL);
44.if (res != 0)
45.{
46. perror("Thread creation failure");
47.}
48.printf("thread_function1\n");
49.sleep (5);
50.printf("sleep\n");
51.res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function2, NULL);
52.if (res != 0)
53.{
54. perror("Thread creation failure");
55.}
56.while (1)
57.{
58.}
59.}
60.
61.
62.sem_init
63.thread_function1
64.thread_function1--------------sem_wait
65.sleep
66.thread_function2--------------sem_post
67.sem_wait
68.sem_post。

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