linux 线程信号量队列

基础概念

线程：在Linux中，线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

信号量：信号量是一个同步原语，用于控制多个线程对共享资源的访问。它本质上是一个计数器，用于记录可用资源的数量。当线程想要访问资源时，它必须首先获取信号量；如果信号量的值大于零，则线程可以继续执行并减少信号量的值；如果信号量的值为零，则线程将被阻塞，直到信号量的值变为正数。

队列：队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，用于存储和管理元素。在多线程环境中，队列常用于线程间的安全通信，允许一个线程将数据放入队列，而另一个线程从队列中取出数据。

类型

线程类型：Linux中的线程可以是用户级线程或内核级线程。
信号量类型：二进制信号量（只能取0或1）和计数信号量（可以取大于1的值）。
队列类型：有界队列和无界队列。

应用场景

线程：适用于需要同时执行多个任务的程序，如Web服务器、数据库系统等。
信号量：适用于需要同步访问共享资源的场景，如生产者-消费者问题、读者-写者问题等。
队列：适用于需要在多个线程之间传递数据的场景，如任务调度、消息传递等。

示例代码

以下是一个使用Linux线程、信号量和队列的简单示例：

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

#define QUEUE_SIZE 10

int queue[QUEUE_SIZE];
int front = 0, rear = 0;
sem_t empty, full;
pthread_mutex_t mutex;

void* producer(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 20; ++i) {
        sem_wait(&empty);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        queue[rear] = i;
        rear = (rear + 1) % QUEUE_SIZE;
        printf("Produced: %d\n", i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sem_post(&full);
    }
    return NULL;
}

void* consumer(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 20; ++i) {
        sem_wait(&full);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        int item = queue[front];
        front = (front + 1) % QUEUE_SIZE;
        printf("Consumed: %d\n", item);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sem_post(&empty);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t prod_thread, cons_thread;
    sem_init(&empty, 0, QUEUE_SIZE);
    sem_init(&full, 0, 0);
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    pthread_create(&prod_thread, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&cons_thread, NULL, consumer, NULL);

    pthread_join(prod_thread, NULL);
    pthread_join(cons_thread, NULL);

    sem_destroy(&empty);
    sem_destroy(&full);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    return 0;
}