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news 2025/8/8 10:18:38

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🔥个人主页🔥：孤寂大仙V
🌈收录专栏🌈：Linux
🌹往期回顾🌹：【Linux笔记】——线程同步条件变量与生产者消费者模型的实现
🔖流水不争，争的是滔滔不息

一、POSIX信号量
- 初始化信号
- 销毁信号量
- 等待信号量
- 发布信号量
二、信号量的封装
三、基于环形队列的生产者消费者模型
四、pv操作与条件变量

一、POSIX信号量

POSIX信号量是线程/进程间同步的高效工具，通过计数器机制控制对共享资源的访问。用于同步操作，达到无冲突的访问共享资源的目的。

初始化信号

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

pshared：0表示线程间共享，非0表示进程间共享。
value：表示信号量初始值。

销毁信号量

int sem_destroy(sem_t *sem);

等待信号量

P操作

int sem_wait(sem_t *sem);

等待信号量会将信号量的值减1。

发布信号量

V操作

int sem_post(sem_t *sem);

发布信号量，表示资源使用完毕，可以归还资源了。将信号量的值加1。

二、信号量的封装

#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>using namespace std;
const int num = 5;
namespace SemModule
{class Sem{public:Sem(int sem_value = num){sem_init(&_sem, 0, sem_value); // 初始化信号量}void P(){int n = sem_wait(&_sem); // 等待信号}void V(){int n = sem_post(&_sem); // 发布信号}~Sem(){sem_destroy(&_sem); // 销毁信号量}private:sem_t _sem;};
}

对POSIX信号量函数进行封装，等待信号就是p操作，发布信号就是v操作。

三、基于环形队列的生产者消费者模型

在这里插入图片描述

整个唤醒队列为空，生产者先运行，环形队列为满，消费者先运行。生产者不能把消费者套一个圈。消费者，不能超过生产者。上面这些既是约点又是必须满足的条件。

在这个唤醒队列中，生产者消费者只要不访问同一个位置就可以同步运行，比如生产者生产了五个位置的资源，那么消费者从起点位置开始肯定可以开始消费了。也就是说明了环形队列里的内容只要不为空或者不为满就可以同时运行了。环形队列为空的话，生产者消费者线程只能互斥，这是只有生产者去运行，生产资源。环形队列为满的话只能，生产者消费者也是只能互斥，消费者先运行，去消费资源。

环形队列

#pragma once
#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <vector>
#include "Sem.hpp"
#include "Mutex.hpp"using namespace std;
using namespace MutexModule;
using namespace SemModule;const int gcap = 5;template <class T>
class Semqueue//
{
public:Semqueue(int cap = gcap): _cap(cap), _v(cap), _blank_sem(cap)   //空位置,一开始环形队列空格子多少空位置多少, _data_sem(0), _p_step(0), _c_step(0){}void Equeue(const T &in) //生产者{_blank_sem.P(); // 空位置--{LockGuard lockguard(_pmutex); // RAII自动上锁解锁_v[_p_step] = in;             // 放入数据_p_step++;                    // 下标移动_p_step %= _cap;              // 环形队列回到开头}_data_sem.V();// 数据++}void pop(T* out) //消费者{_data_sem.P();{LockGuard lockguard(_cmutex);*out=_v[_c_step];_c_step++;_c_step%=_cap;}_blank_sem.V();}~Semqueue(){}private:vector<T> _v;int _cap;// 生产者Sem _blank_sem; // 空位int _p_step;    // 下标Mutex _pmutex;// 消费者Sem _data_sem; // 数据int _c_step;   // 下标Mutex _cmutex;
};

成员变量
_blank_sem表示生产者的空位，_data_sem表示消费者的资源数据。_p_step表示生产者的下标，_c_step表示消费者的下标。这里的两把所后面说。_cap唤醒队列的大小。

成员函数生产者消费者代码

void Equeue(const T &in) //生产者{_blank_sem.P(); // 空位置--{LockGuard lockguard(_pmutex); // RAII自动上锁解锁_v[_p_step] = in;             // 放入数据_p_step++;                    // 下标移动_p_step %= _cap;              // 环形队列回到开头}_data_sem.V();// 数据++}void pop(T* out) //消费者{_data_sem.P();{LockGuard lockguard(_cmutex);*out=_v[_c_step];_c_step++;_c_step%=_cap;}_blank_sem.V();}

生产者，先P操作，这里的p操作(站着生产者的角度，生产者想要的是空位)可以理解为空位置–，在环形队列中是被生产者占用了。然后放入数据移动下标，因为是队列为了回到开头_p_step%=_cap。最后V操作，相当于消费者能消费的资源++。
消费者，P操作，(站在消费者的角度，消费者想要的是生产者生产的资源)可以理解为消费者的资源数据–，然后执行消费逻辑，最后资源消费完了，唤醒队列的空位++。

极端条件下，生产者把整个环形队列的空位都生产了资源，那么此时消费者p操作就是使资源–消费资源，最后消费一个资源使空位++。现实中，生产者消费者线程是并发执行的，生产者只要生产了资源消费者就能消费，PV 操作也就实现了生产者消费者的并发执行。注意以上是站在理解的角度阐述的。

在这里插入图片描述