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【Linux-多线程】POSIX信号量-基于环形队列生产消费模型

news 来源：原创 2025/5/6 12:26:29

POSIX信号量

POSIX信号量和System V信号量作用相同，都是用于同步操作，达到无冲突的访问共享资源的目的。但POSIX可以用于线程间同步

1.快速认识信号量接口

POSIX信号量分为两种类型：

  1. 命名信号量（Named Semaphores）：命名信号量可以在多个进程之间共享，因为它们通过一个名字来标识，这个名字在文件系统中可见。

  2. 未命名信号量（Unnamed Semaphores）：未命名信号量通常用于同一进程内的线程同步，因为它们没有名字，只能通过传递它们在内存中的地址来进行共享。

以下是一些常用的POSIX信号量接口函数：

初始化信号量

  • sem_t sem;：声明一个信号量变量。

  • int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);：初始化一个未命名的信号量。pshared参数如果为0，则信号量在进程内线程间共享；如果非0，则信号量在进程间共享。value参数是信号量的初始值。

销毁信号量

  • int sem_destroy(sem_t *sem);：销毁一个之前由sem_init初始化的未命名信号量。

操作信号量

  • int sem_wait(sem_t *sem);：等待信号量变为正值，然后将其减一。如果信号量的值为0，则调用线程会被阻塞，直到信号量变为正值。

  • int sem_trywait(sem_t *sem);：尝试等待信号量，如果信号量的值为0，则立即返回EAGAIN错误，不会阻塞。

  • int sem_post(sem_t *sem);：增加信号量的值。如果其他线程正在等待该信号量，它们中的一个可能会被唤醒。

  • int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);：获取信号量的当前值。

命名信号量的操作

  • sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, ...);：打开一个命名信号量。name是信号量的名字，oflag是打开标志，可以是O_CREAT等。

  • int sem_close(sem_t *sem);：关闭之前打开的命名信号量。

  • int sem_unlink(const char *name);：删除命名信号量的名字，允许它在不再被任何进程引用时释放资源。

2.基于环形队列的生产消费模型

环形队列采用数组模拟，用模运算来模拟环状特性

环形结构起始状态和结束状态都是一样的，不好判断为空或者为满，所以可以通过加计数器或者标识位来判断满或者空。另外也可以预留一个空的位置，作为满的状态

问题：多线程如何在环形队列中进行生产和消费 ？

1.如果队列为空，生产者先生产

2.如果队列满了，消费者来消费

3.如果队列不为空，也不为满，让生产和消费同时进行

注意：

a.不让生产者把消费者套一个圈

b.不能让消费者，超过生产者

用信号量就能做到如果队列为空，生产者先生产；如果队列满了，消费者来消费

消费者需要管理数据资源，生产者需要管理空间资源

所以数据资源+空间资源 = N

初始化的时候 空间资源space_sem = 0；数据资源 data_sem = N

在生产者这里：需要P(space_sem)（--空间资源） V(data_sem)（++数据资源）

在消费者这里：需要P(space_sem) (--数据资源） V(space_sem)(++空间资源)

Task.hpp
#pragma once#include<iostream>
#include<functional>// typedef std::function<void()> task_t;
// using task_t = std::function<void()>;// void Download()
// {
//     std::cout << "我是一个下载的任务" << std::endl;
// }// 要做加法
class Task
{
public:Task(){}Task(int x, int y) : _x(x), _y(y){}void Excute(){_result = _x + _y;}void operator ()(){Excute();}std::string debug(){std::string msg = std::to_string(_x) + "+" + std::to_string(_y) + "=?";return msg;}std::string result(){std::string msg = std::to_string(_x) + "+" + std::to_string(_y) + "=" + std::to_string(_result);return msg;}private:int _x;int _y;int _result;
};
RingQueue.hpp
#pragma once#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>template <class T>
class RingQueue
{
private:void P(sem_t &s){sem_wait(&s);}void V(sem_t &s){sem_post(&s);}public:RingQueue(int max_cap): _ringqueue(max_cap), _max_cap(max_cap), _c_step(0), _p_step(0){sem_init(&_data_sem, 0, 0);sem_init(&_space_sem, 0, max_cap);pthread_mutex_init(&_c_mutex, nullptr);pthread_mutex_init(&_p_mutex, nullptr);}void Push(const T &in) // 生产者{// 信号量：是一个计数器，是资源的预订机制。// 预订：在外部，可以不判断资源是否满足，就可以知道内部资源的情况！P(_space_sem); // 信号量这里，对资源进行使用，申请，为什么不判断一下条件是否满足？？？信号量本身就是判断条件！pthread_mutex_lock(&_p_mutex);_ringqueue[_p_step++] = in;_p_step %= _max_cap;pthread_mutex_unlock(&_p_mutex);V(_data_sem);}void Pop(T *out) // 消费{P(_data_sem);pthread_mutex_lock(&_c_mutex);*out = _ringqueue[_c_step++];_c_step %= _max_cap;pthread_mutex_unlock(&_c_mutex);V(_space_sem);}~RingQueue(){sem_destroy(&_data_sem);sem_destroy(&_space_sem);pthread_mutex_destroy(&_c_mutex);pthread_mutex_destroy(&_p_mutex);}private:std::vector<T> _ringqueue;int _max_cap;int _c_step;int _p_step;sem_t _data_sem;  // 消费者关心sem_t _space_sem; // 生产者关心pthread_mutex_t _c_mutex;pthread_mutex_t _p_mutex;
};
main.cc
#include "RingQueue.hpp"
#include "Task.hpp"
#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <ctime>void *Consumer(void *args)
{RingQueue<Task> *rq = static_cast<RingQueue<Task> *>(args);while (true){Task t;// 1. 消费rq->Pop(&t);// 2. 处理数据t();std::cout << "Consumer-> " << t.result() << std::endl;}
}void *Productor(void *args)
{RingQueue<Task> *rq = static_cast<RingQueue<Task> *>(args);while (true){sleep(1);// 1. 构造数据int x = rand() % 10 + 1; //[1, 10]usleep(x * 1000);int y = rand() % 10 + 1;Task t(x, y);// 2. 生产rq->Push(t);std::cout << "Productor -> " << t.debug() << std::endl;}
}int main()
{RingQueue<Task> *rq = new RingQueue<Task>(5);// 单单pthread_t c1, c2, p1, p2, p3;pthread_create(&c1, nullptr, Consumer, rq);pthread_create(&c2, nullptr, Consumer, rq);pthread_create(&p1, nullptr, Productor, rq);pthread_create(&p2, nullptr, Productor, rq);pthread_create(&p3, nullptr, Productor, rq);pthread_join(c1, nullptr);pthread_join(c2, nullptr);pthread_join(p1, nullptr);pthread_join(p2, nullptr);pthread_join(p3, nullptr);return 0;
}

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编程日记 2025/5/3 14:35:26

vue3使用vue3-video-play播放m3u8视频

1.安装vue3-video-play npm install vue3-video-play --save2.在组件中使用 import vue3-video-play/dist/style.css; import VideoPlay from vue3-video-play;// 视频配置项 const options reactive({src: https://test-streams.mux.dev/x36xhzz/x36xhzz.m3u8, //视频源mute…...

编程日记 2025/5/4 21:02:57