多线程编程之：Linux线程编程

inished

Thread 0 joined

Thread 1 is starting

Thread 1: job 0 delay = 3

Thread 1: job 1 delay = 5

Thread 1: job 2 delay = 10

Thread 1 finished

Thread 1 joined

Thread 2 is starting

Thread 2: job 0 delay = 6

Thread 2: job 1 delay = 10

Thread 2: job 2 delay = 8

Thread 2 finished

Thread 2 joined

2.信号量线程控制

(1)信号量说明。

在第8章中已经讲到，信号量也就是操作系统中所用到的PV原子操作，它广泛用于进程或线程间的同步与互斥。信号量本质上是一个非负的整数计数器，它被用来控制对公共资源的访问。这里先来简单复习一下PV原子操作的工作原理。

PV原子操作是对整数计数器信号量sem的操作。一次P操作使sem减一，而一次V操作使sem加一。进程(或线程)根据信号量的值来判断是否对公共资源具有访问权限。当信号量sem的值大于等于零时，该进程(或线程)具有公共资源的访问权限;相反，当信号量sem的值小于零时，该进程(或线程)就将阻塞直到信号量sem的值大于等于0为止。

PV原子操作主要用于进程或线程间的同步和互斥这两种典型情况。若用于互斥，几个进程(或线程)往往只设置一个信号量sem，它们的操作流程如图9.2所示。

当信号量用于同步操作时，往往会设置多个信号量，并安排不同的初始值来实现它们之间的顺序执行，它们的操作流程如图9.3所示。

图9.2 信号量互斥操作 图9.3 信号量同步操作

(2)函数说明。

Linux实现了POSIX的无名信号量，主要用于线程间的互斥与同步。这里主要介绍几个常见函数。

n sem_init()用于创建一个信号量，并初始化它的值。

n sem_wait()和sem_trywait()都相当于P操作，在信号量大于零时它们都能将信号量的值减一，两者的区别在于若信号量小于零时，sem_wait()将会阻塞进程，而sem_trywait()则会立即返回。

n sem_post()相当于V操作，它将信号量的值加一同时发出信号来唤醒等待的进程。

n sem_getvalue()用于得到信号量的值。

n sem_destroy()用于删除信号量。

(3)函数格式。

表9.7列出了sem_init()函数的语法要点。

表9.8列出了sem_wait()等函数的语法要点。

(4)使用实例。

在前面已经通过互斥锁同步机制实现了多线程的顺序执行。下面的例子是用信号量同步机制实现3个线程之间的有序执行，只是执行顺序是跟创建线程的顺序相反。

/*thread_sem.c*/

#include

#include

#include

#include

#define THREAD_NUMBER 3 /* 线程数 */

#define REPEAT_NUMBER 3 /* 每个线程中的小任务数 */

#define DELAY_TIME_LEVELS 10.0 /*小任务之间的最大时间间隔*/

sem_t sem[THREAD_NUMBER];

void *thrd_func(void *arg)

{

int thrd_num = (int)arg;

int delay_time = 0;

int count = 0;

/* 进行P操作 */

sem_wait(&sem[thrd_num]);

printf("Thread %d is starting\n", thrd_num);

for (count = 0; count < REPEAT_NUMBER; count++)

{

delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX)) + 1;

sleep(delay_time);

printf("\tThread %d: job %d delay = %d\n",

thrd_num, count, delay_time);

}

printf("Thread %d finished\n", thrd_num);

pthread_exit(NULL);

}

int main(void)

{

pthread_t thread[THREAD_NUMBER];

int no = 0, res;

void * thrd_ret;

srand(time(NULL));

for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)

{

sem_init(&sem[no], 0, 0);

res = pthread_create(&thread[no], NULL, thrd_func, (void*)no);

if (res != 0)

{

printf("Create thread %d failed\n", no);

exit(res);

}

}

printf("Create treads success\n Waiting for threads to finish...\n");

/* 对最后创建的线程的信号量进行V操作 */

sem_post(&sem[THREAD_NUMBER - 1]);

for (no = THREAD_NUMBER - 1; no >= 0; no--)

{

res = pthread_join(thread[no], &thrd_ret);

if (!res)

{

printf("Thread %d joined\n", no);

}

else

{

printf("Thread %d join failed\n", no);

}

/* 进行V操作 */

sem_post(&sem[(no + THREAD_NUMBER - 1) % THREAD_NUMBER]);

}

for (no = 0; no < THREAD_NUMBER; no++)

{

/* 删除信号量 */

sem_destroy(&sem[no]);

}

return 0;

}

该程序运行结果如下所示：

$ ./thread_sem

Create treads success

Waiting for threads to finish...

Thread 2 is starting

Thread 2: job 0 delay = 9

Thread 2: job 1 delay = 5