信号量——Linux并发之魂
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今天,我们继续学习Linux线程本分,在Linux条件变量中,我们对条件变量的做了详细的说明,今天我们要利用条件变量来引出我们的另一个话题——信号量内容的学习。
1.复习条件变量
在上一期博客中,我们没有对条件变量做具体的使用,所以,这里我们通过一份代码来复习一下,接下来,我们实现基于BlockingQueue的生产者消费者模型。
1.1何为基于BlockingQueue的生产者消费者模型
BlockingQueue在多线程编程中阻塞队列(Blocking Queue)是一种常用于实现生产者和消费者模型的数据结构。其与普通的队列区别在于,当队列为空时,从队列获取元素的操作将会被阻塞,直到队列中被放入了元素;当队列满时,往队列里存放元素的操作也会被阻塞,直到有元素被从队列中取出(以上的操作都是基于不同的线程来说的,线程在对阻塞队列进程操作时会被阻塞)
如图:
1.2分析该模型
这里我想写多个生产线程和多个消费线程的模型
我们来分析一下。
- 首先生产任务的过程和消费任务的过程必须是互斥关系,不可以同时访问该队列(此时,这个队列是共享资源)。
- 当队列满时,生产线程就不能再生产任务,必须在特定的条件变量下等待;同理当队列为空时,消费线程就不能再消费任务,也必须在特定的条件变量下等待。
所以,类应这样设计:
template class BlockQueue { public: BlockQueue(const int &maxcap=gmaxcap):_maxcap(maxcap) { pthread_mutex_init(&_mutex,nullptr); pthread_cond_init(&_pcond,nullptr); pthread_cond_init(&_ccond,nullptr); } void push(const T&in)//输入型参数,const & { pthread_mutex_lock(&_mutex); while(is_full()) { pthread_cond_wait(&_pcond,&_mutex); } _q.push(in); pthread_cond_signal(&_ccond); pthread_mutex_unlock(&_mutex); } void pop(T*out) { pthread_mutex_lock(&_mutex); while(is_empty()) { pthread_cond_wait(&_ccond,&_mutex); } *out=_q.front(); _q.pop(); pthread_cond_signal(&_pcond); pthread_mutex_unlock(&_mutex); } ~BlockQueue() { pthread_mutex_destroy(&_mutex); pthread_cond_destroy(&_ccond); pthread_cond_destroy(&_pcond); } private: bool is_empty() { return _q.empty(); } bool is_full() { return _q.size()==_maxcap; } private: std::queue _q; int _maxcap; //队列中元素的上线 pthread_mutex_t _mutex; pthread_cond_t _pcond; //生产者对应的条件变量 pthread_cond_t _ccond; };
由于我们不知道存储的数据类型,所以这里我们选择使用泛型编程的方式。
接下来就是要生产任务,为了可以观察到整个生产和消费任务的过程,我们可以生成两个随机数,然后进行运算。代码如下:
class CalTask { using func_t = function; public: CalTask() {} CalTask(int x, int y, char op, func_t func) :_x(x),_y(y),_op(op),_callback(func) {} string operator()() { int result=_callback(_x,_y,_op); char buffer[1024]; snprintf(buffer,sizeof buffer,"%d %c %d=%d",_x,_op,_y,result); return buffer; } string toTaskstring() { char buffer[1024]; snprintf(buffer,sizeof buffer,"%d %c %d=?",_x,_op,_y); return buffer; } private: int _x; int _y; char _op; func_t _callback; }; const char*oper="+-*/%"; int mymath(int x,int y,char op) { int result=0; switch(op) { case '+': result=x+y; break; case '-': result=x-y; break; case '*': result=x*y; break; case '/': if(y==0) { cerr result=x/y; } break; case '%': if(y==0) { cerr result=x%y; } default: break; } return result; } public: BlockQueue(const int &maxcap=gmaxcap):_maxcap(maxcap) { pthread_mutex_init(&_mutex,nullptr); pthread_cond_init(&_pcond,nullptr); pthread_cond_init(&_ccond,nullptr); } void push(const T&in)//输入型参数,const & { pthread_mutex_lock(&_mutex); while(is_full()) { pthread_cond_wait(&_pcond,&_mutex); } _q.push(in); pthread_cond_signal(&_ccond); pthread_mutex_unlock(&_mutex); } void pop(T*out) { pthread_mutex_lock(&_mutex); while(is_empty()) { pthread_cond_wait(&_ccond,&_mutex); } *out=_q.front(); _q.pop(); pthread_cond_signal(&_pcond); pthread_mutex_unlock(&_mutex); } ~BlockQueue() { pthread_mutex_destroy(&_mutex); pthread_cond_destroy(&_ccond); pthread_cond_destroy(&_pcond); } private: bool is_empty() { return _q.empty(); } bool is_full() { return _q.size()==_maxcap; } private: std::queue using func_t = function} CalTask(int x, int y, char op, func_t func) :_x(x),_y(y),_op(op),_callback(func) {} string operator()() { int result=_callback(_x,_y,_op); char buffer[1024]; snprintf(buffer,sizeof buffer,"%d %c %d=%d",_x,_op,_y,result); return buffer; } string toTaskstring() { char buffer[1024]; snprintf(buffer,sizeof buffer,"%d %c %d=?",_x,_op,_y); return buffer; } private: int _x; int _y; char _op; func_t _callback; }; const char*oper="+-*/%"; int mymath(int x,int y,char op) { int result=0; switch(op) { case '+': result=x+y; break; case '-': result=x-y; break; case '*': result=x*y; break; case '/': if(y==0) { cerr cerr result=x%y; } default: break; } return result; } BlockQueue int x=rand()%10+1; int y=rand()%5+1; int opercode=rand()%(sizeof(oper)); CalTask T(x,y,oper[opercode],mymath); bqs-push(T); cout BlockQueue CalTask T; bqs-pop(&T); cout BlockQueue pthread_create(&p[i],nullptr,productor,&bqs); pthread_create(&c[i],nullptr,consumer,&bqs); } for(int i=0;i pthread_join(p[i],nullptr); pthread_join(c[i],nullptr); } } private: void P(sem_t &sem) { int n = sem_wait(&sem); assert(n == 0); // if (void)n; } void V(sem_t &sem) { int n = sem_post(&sem); assert(n == 0); (void)n; } public: RingQueue(const int &cap = gcap): _queue(cap), _cap(cap) { int n = sem_init(&_spaceSem, 0, _cap); assert(n == 0); n = sem_init(&_dataSem, 0, 0); assert(n == 0); _productorStep = _consumerStep = 0; pthread_mutex_init(&_pmutex, nullptr); pthread_mutex_init(&_cmutex, nullptr); } // 生产者 void Push(const T &in) { // ?: 这个代码 有没有优化的可能 // 你认为:现加锁,后申请信号量,还是现申请信号量,在加锁? P(_spaceSem); // 申请到了空间信号量,意味着,我一定能进行正常的生产 pthread_mutex_lock(&_pmutex); _queue[_productorStep++] = in; _productorStep %= _cap; pthread_mutex_unlock(&_pmutex); V(_dataSem); } // 消费者 void Pop(T *out) { // 你认为:现加锁,后申请信号量,还是现申请信号量,在加锁? P(_dataSem); pthread_mutex_lock(&_cmutex); *out = _queue[_consumerStep++]; _consumerStep %= _cap; pthread_mutex_unlock(&_cmutex); V(_spaceSem); } ~RingQueue() { sem_destroy(&_spaceSem); sem_destroy(&_dataSem); pthread_mutex_destroy(&_pmutex); pthread_mutex_destroy(&_cmutex); } private: std::vector using func_t = std::function} Task(int x, int y, char op, func_t func) :_x(x), _y(y), _op(op), _callback(func) {} std::string operator()() { int result = _callback(_x, _y, _op); char buffer[1024]; snprintf(buffer, sizeof buffer, "%d %c %d = %d", _x, _op, _y, result); return buffer; } std::string toTaskString() { char buffer[1024]; snprintf(buffer, sizeof buffer, "%d %c %d = ?", _x, _op, _y); return buffer; } private: int _x; int _y; char _op; func_t _callback; }; const std::string oper = "+-*/%"; int mymath(int x, int y, char op) { int result = 0; switch (op) { case '+': result = x + y; break; case '-': result = x - y; break; case '*': result = x * y; break; case '/': { if (y == 0) { std::cerr if (y == 0) { std::cerr char name[128]; snprintf(name, sizeof(name), "thread[0x%x]", pthread_self()); return name; } void *ProductorRoutine(void *rq) { // RingQueue // version1 // int data = rand() % 10 + 1; // ringqueue-Push(data); // std::cout // RingQueue //version1 // int data; // ringqueue-Pop(&data); // std::cout srand((unsigned int)time(nullptr) ^ getpid() ^ pthread_self() ^ 0x71727374); // RingQueue
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