POSIX无名信号量在线程同步中的应用

"EDA/PLD中的线程解析（四）" 在嵌入式系统和电子设计自动化（EDA）中，线程控制是多任务并行处理的关键。在本篇中，我们将深入理解如何使用无名信号量（semaphores）进行线程同步，这是继互斥量之后的另一种常见方法。无名信号量由POSIX标准定义，它们是用于管理共享资源的计数器，通过PV原语来协调并发执行的线程。 首先，让我们关注信号量初始化。`sem_init()`函数用于创建一个无名信号量。该函数原型如下： ```c #include <semaphore.h> int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); ``` - `sem` 是指向信号量结构体的指针，我们需要为此分配内存。 - `pshared` 参数通常设置为0，表示信号量将在同一进程内的线程间共享。如果设置为非零值，则信号量可以在进程间共享，这在跨进程同步中使用。 - `value` 初始化信号量的值，即可供使用的资源数量。 接着，有以下几个与信号量操作相关的函数： 1. `sem_wait()`: 这个函数相当于P操作，尝试获取资源。如果信号量的值大于0，那么它将减1，并允许调用线程继续执行；如果值为0，线程将被阻塞，直到其他线程执行`sem_post()`释放资源。 2. `sem_trywait()`: 类似于`sem_wait()`，但它不会阻塞。如果资源不可用，`sem_trywait()`将立即返回错误。 3. `sem_post()`: 它执行V操作，增加信号量的值，如果有一个或多个线程因`sem_wait()`阻塞，`sem_post()`将唤醒一个等待的线程，允许其继续执行。 4. `sem_getvalue()`: 用于获取当前信号量的值，可以用来检查资源的状态。 5. `sem_destroy()`: 销毁已不再需要的信号量，释放相应的资源。 下面是一个简单的示例程序，展示了如何使用这些函数： ```c #include<stdio.h> #include<pthread.h> #include<sys/types.h> #include<semaphore.h> sem_t sem; void *thread_function(void *arg); int main() { sem_init(&sem, 0, 1); // 初始化信号量，资源数为1 pthread_t thread_id; pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL); // 主线程执行P操作，可能被阻塞 sem_wait(&sem); // 主线程执行工作... printf("主线程正在工作...\n"); // 主线程完成工作后执行V操作，释放资源 sem_post(&sem); pthread_join(thread_id, NULL); sem_destroy(&sem); // 销毁信号量 return 0; } void *thread_function(void *arg) { // 线程执行P操作，可能被阻塞 sem_wait(&sem); // 线程执行工作... printf("线程正在工作...\n"); // 线程完成工作后执行V操作，释放资源 sem_post(&sem); return NULL; } ``` 在这个例子中，主线程和线程函数都将尝试获取信号量，确保只有一个线程可以同时工作。当一个线程执行完其任务后，它会通过`sem_post()`唤醒另一个线程，这样就可以实现线程间的交替执行。 总结起来，无名信号量在EDA/PLD中的线程控制中扮演着至关重要的角色，它们提供了一种灵活且高效的方式来管理和同步并发执行的线程，确保共享资源的安全访问。通过正确地使用`sem_init()`, `sem_wait()`, `sem_post()`, `sem_getvalue()`和`sem_destroy()`，我们可以编写出高效的多线程程序，避免竞态条件和死锁的发生。