Linux信号量机制详解：资源访问控制与并发示例

信号量机制是操作系统中一种重要的同步工具，它通过管理共享资源的访问权限，确保并发执行的线程按照特定顺序进行操作。在Linux系统中，信号量（semaphore）通常以结构sem_t的形式存在，这是一种非负整数计数器，用于控制对公共资源的访问。 信号量的核心操作包括： 1. 初始化（sem_init()）: 这个函数用于创建或初始化一个信号量，接受三个参数：指向sem_t类型的指针、是否为进程间共享（0为仅进程内共享，非0为进程间共享）和初始值。这决定了信号量的可见性和初始状态。 2. 增加信号量（sem_post()）: 当线程完成对公共资源的使用后，调用此函数将信号量值加一。如果当前信号量值大于0，线程会立即返回，允许其他等待的线程继续执行。如果信号量为0且存在等待线程，则唤醒其中一个并继续执行。 3. 阻塞等待信号量（sem_wait()和sem_trywait()）: sem_wait()使当前线程进入睡眠状态，直到信号量值大于0，然后执行并减小信号量值。sem_trywait()是非阻塞版本，若信号量值大于0则立即减小，否则直接返回，不阻塞线程。 4. 减少信号量（sem_destroy()）: 当不再需要信号量时，使用此函数释放其占用的系统资源，关闭与之相关的操作。 在示例1中，四个线程共同操作一个共享缓冲区。两个线程负责从文件读取数据，并通过信号量sem控制读取操作的并发。每读取一次，信号量值加一，表示资源可用。其他线程（例如做加法或乘法运算）则在sem_wait()或sem_trywait()后才能访问缓冲区，从而避免了竞态条件。 信号量机制是解决多线程编程中资源管理和同步问题的关键手段，尤其在并发环境下的任务调度、互斥访问、同步控制等方面发挥着重要作用。正确使用信号量可以提高程序的可维护性和稳定性，避免因资源竞争导致的死锁等问题。