Семафор — это конструкция синхронизации, используемая в операционных системах для управления доступом к общим ресурсам между несколькими процессами или потоками. По сути, это переменная или абстрактный тип данных, который обеспечивает две основные операции: «ожидание» и «сигнал» (также известные как операции «P» и «V» соответственно).
Вот как работают семафоры:
Операция ожидания (P): Когда процесс/поток хочет получить доступ к общему ресурсу, он сначала выполняет операцию «ожидания» на семафоре, связанном с этим ресурсом. Если значение семафора положительное (больше 0), оно уменьшается на 1 и доступ к ресурсу продолжается. Если значение семафора равно нулю, что указывает на то, что ресурс в настоящее время используется другим процессом/потоком, процесс/поток блокируется или приостанавливается до тех пор, пока семафор не станет доступным.
Сигнальная операция (V): когда процесс/поток завершает использование общего ресурса, он выполняет «сигнальную» операцию на семафоре, которая увеличивает значение семафора на 1. Эта операция указывает, что ресурс теперь доступен для других процессов/потоков. ожидание этого. Если есть какие-либо заблокированные процессы/потоки, ожидающие семафора, один из них пробуждается и ему предоставляется доступ к ресурсу.
Семафоры обеспечивают механизм принудительного взаимного исключения и предотвращения условий гонки, гарантируя, что только один процесс/поток может получить доступ к общему ресурсу в каждый момент времени. Они обычно используются в таких сценариях, как управление доступом к критическим разделам кода, управление одновременным доступом к общим структурам данных и реализация механизмов синхронизации, таких как блокировки и барьеры.
Семафоры могут быть реализованы либо как счетные семафоры (допускающие неотрицательные целые значения), либо как двоичные семафоры (со значениями, ограниченными 0 и 1), в зависимости от конкретных требований синхронизации.
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
typedef struct {
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t condition;
int value;
} semaphore;
void semaphore_init(semaphore* sem, int initial_value) {
pthread_mutex_init(&(sem->mutex), NULL);
pthread_cond_init(&(sem->condition), NULL);
sem->value = initial_value;
}
void semaphore_wait(semaphore* sem) {
pthread_mutex_lock(&(sem->mutex));
while (sem->value <= 0) {
pthread_cond_wait(&(sem->condition), &(sem->mutex));
}
sem->value--;
pthread_mutex_unlock(&(sem->mutex));
}
void semaphore_signal(semaphore* sem) {
pthread_mutex_lock(&(sem->mutex));
sem->value++;
pthread_cond_signal(&(sem->condition));
pthread_mutex_unlock(&(sem->mutex));
}
void* thread_function(void* arg) {
semaphore* sem = (semaphore*)arg;
printf("Thread waiting\n");
semaphore_wait(sem);
printf("Thread acquired the semaphore\n");
// Perform some critical section or shared resource access here
printf("Thread releasing the semaphore\n");
semaphore_signal(sem);
return NULL;
}
int main() {
semaphore sem;
semaphore_init(&sem, 1); // Initialize the semaphore with initial value 1
pthread_t thread;
pthread_create(&thread, NULL, thread_function, (void*)&sem);
// Main thread also performs some work
printf("Main thread performing some work\n");
// Main thread waits for the semaphore
printf("Main thread waiting\n");
semaphore_wait(&sem);
printf("Main thread acquired the semaphore\n");
// Perform some critical section or shared resource access here
printf("Main thread releasing the semaphore\n");
semaphore_signal(&sem);
pthread_join(thread, NULL);
return 0;
}
Надеюсь, вам понравилось это.
