linux 信号量互斥锁

Linux 信号量与互斥锁基础概念

信号量（Semaphore）

信号量是一种用于控制多个进程对共享资源访问的同步机制。它本质上是一个计数器，用于记录对资源的访问次数。信号量有两种基本操作：

P操作（等待操作）：进程尝试获取信号量，如果信号量值大于0，则进程可以继续执行并减少信号量值；如果信号量值为0，则进程被阻塞，直到信号量值大于0。
V操作（释放操作）：进程释放信号量，增加信号量的值，并唤醒一个等待的进程。

互斥锁（Mutex）

互斥锁是一种特殊的二进制信号量，其值只能为0或1，用于实现资源的互斥访问。互斥锁的操作与信号量类似：

加锁（Lock）：进程尝试获取互斥锁，如果锁未被占用，则进程可以继续执行并锁定资源；如果锁已被占用，则进程被阻塞。
解锁（Unlock）：进程释放互斥锁，解锁资源，并允许其他进程获取锁。

优势与应用场景

信号量的优势与应用场景

优势：信号量可以控制多个进程对一组资源的访问，适用于资源数量大于1的情况。
应用场景：多进程编程中，当多个进程需要访问同一组资源时，可以使用信号量来协调访问。

互斥锁的优势与应用场景

优势：互斥锁简单且高效，适用于保护临界区，确保同一时间只有一个进程访问共享资源。
应用场景：多线程或多进程编程中，当需要对某个资源进行独占访问时，可以使用互斥锁来防止竞态条件。

示例代码

信号量示例（使用POSIX信号量）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>

sem_t sem;

void* thread_func(void* arg) {
    sem_wait(&sem); // P操作
    printf("Thread is working\n");
    sleep(1);
    sem_post(&sem); // V操作
    return NULL;
}

int main() {
    sem_init(&sem, 0, 3); // 初始化信号量，初始值为3
    pthread_t threads[5];

    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, NULL);
    }

    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    sem_destroy(&sem);
    return 0;
}

互斥锁示例（使用pthread库）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t mutex;

void* thread_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁
    printf("Thread is working\n");
    sleep(1);
    pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // 初始化互斥锁
    pthread_t threads[5];

    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, NULL);
    }

    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}