打破固有印象：揭开互斥信号量和同步信号量的神秘面纱

后端

2023-09-16 06:00:41

生产者消费者问题：深入理解进程同步的艺术

摘要

同步问题 ，一个困扰程序员的难题，要求不同进程协调其行为以避免冲突。其中一个最经典的同步问题是生产者消费者问题 。本博客将深入探讨这个问题，帮助你理解它背后的概念，以及如何使用信号量 解决它。

生产者消费者问题

想象一个仓库，生产者将物品放入仓库，而消费者将物品取出仓库。为了确保仓库不会被装满或清空，我们必须协调生产者和消费者的操作。

同步信号量：有序执行的守护者

同步信号量 就像交通灯，确保进程按照正确的顺序执行。在生产者消费者问题中，它通过限制生产者在缓冲区已满时写入数据，并限制消费者在缓冲区为空时读取数据来发挥作用。

互斥信号量：共享资源的保护伞

互斥信号量 就像一个门卫，一次只允许一个进程访问共享资源。在生产者消费者问题中，它保护缓冲区，防止生产者和消费者同时访问它，避免数据混乱。

解决生产者消费者问题

以下是使用同步信号量 和互斥信号量 解决生产者消费者问题的步骤：

创建信号量 ：创建一个同步信号量（sem_empty）和一个互斥信号量（sem_mutex）。
初始化信号量 ：将sem_empty初始化为缓冲区的容量，将sem_mutex初始化为1。
生产者线程 ：
- 获取互斥锁（sem_mutex），表示进入仓库。
- 检查缓冲区是否已满（sem_empty为0）。如果已满，则等待（sem_empty）。
- 生产数据并将其放入缓冲区。
- 释放互斥锁（sem_mutex），表示离开仓库。
消费者线程 ：
- 获取互斥锁（sem_mutex），表示进入仓库。
- 检查缓冲区是否为空（sem_empty为缓冲区容量）。如果为空，则等待（sem_mutex）。
- 从缓冲区中取出数据。
- 释放互斥锁（sem_mutex），表示离开仓库。

示例代码

// 初始化信号量
sem_t sem_empty, sem_mutex;
sem_init(&sem_empty, 0, BUFFER_SIZE);
sem_init(&sem_mutex, 0, 1);

// 生产者线程
void *producer() {
    while (1) {
        sem_wait(&sem_empty);
        sem_wait(&sem_mutex);
        // 生产数据并将其放入缓冲区
        sem_post(&sem_mutex);
        sem_post(&sem_empty);
    }
}

// 消费者线程
void *consumer() {
    while (1) {
        sem_wait(&sem_empty);
        sem_wait(&sem_mutex);
        // 从缓冲区中取出数据
        sem_post(&sem_mutex);
        sem_post(&sem_empty);
    }
}