Linux C语言:使用信号灯实现线程同步——共享变量a的pv操作
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更新于2023-03-16
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在Linux系统中,本文档探讨了如何使用C语言实现两个线程之间的同步,特别关注于共享变量和信号灯的使用。实验内容的核心是两个线程共享变量a,其中一个线程负责增加变量值(加一),另一个线程负责输出变量的当前值。为了确保线程安全,这里采用了信号灯(Semaphore,简写为sem)和p/v操作(post和wait)来协调两个线程的操作。
首先,我们定义了一个名为`sharemem.h`的头文件,其中包含了创建、删除信号灯以及共享内存的相关操作。在这个头文件中,我们看到对`ftok`函数的调用,它用于生成一个消息队列键(msgkey),这对于后续的信号灯操作至关重要。`IPC_CREAT`标志用于在创建信号灯集合时允许其不存在的情况,而`0666`是权限设置,允许所有用户读写。
`createsem`函数用于创建信号灯集,传入参数包括路径名、项目ID、成员数和初始值。它首先尝试创建一个消息队列键,然后使用`semget`函数创建信号灯集。如果创建成功,会为每个信号灯赋初值。失败时,函数会返回错误代码。
`opensem`函数则用于打开已经存在的信号灯集,这通常是在多个线程间共享信号灯时的初始化步骤。
信号灯操作的关键在于`semctl`函数,通过`semopts.val`来执行p(post)或v(wait)操作。当线程A负责加一操作时,它会先增加共享变量a的值,然后调用p操作来通知等待的线程B可以继续执行。线程B在检测到信号后,知道变量a已经被更新,于是执行输出操作。
为了确保互斥访问共享变量,线程之间必须使用信号灯来控制何时访问。在C语言中,使用`sem_wait`函数进行信号等待,直到信号灯变为可用(即其他线程执行了p操作)。而`sem_post`函数则是用来释放信号灯,使其他等待线程可以继续执行。
整个过程中,关键在于理解信号灯的原理,即信号灯作为一种锁机制,允许线程按照特定顺序访问共享资源,从而避免数据竞争和死锁问题。通过这种方式,本文档展示了在多线程环境下,如何使用C语言和Linux提供的系统调用实现两个线程间的有效同步。这对于理解和掌握并发编程在Linux平台上的实践具有重要意义。
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