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C++信号量程序实例：实现多进程同步与互斥的功能

2023-07-03 10:05:45 深夜i -- --

C++ 信号量多进程同步互斥

在多进程编程中，进程间的同步和互斥是非常重要的问题。信号量机制是一种常见的方法，用于解决多进程之间同步和互斥问题。C++作为一种经典的编程语言，也可以使用信号量实现多进程同步和互斥的功能。

接下来，我们将介绍一个C++信号量程序实例，展示如何利用信号量实现多进程同步和互斥的功能。

首先，我们需要定义一个信号量类，包括初始化、增加、减少等方法：


class Semaphore
{
public:
  Semaphore(int n = 1):count(n){}
  void wait()
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    while (count <= 0)
      cv.wait(lck);
    count--;
  }
  void signal()
  {
    std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
    count++;
    cv.notify_one();
  }
private:
  std::mutex mtx;
  std::condition_variable cv;
  int count;
};

在信号量类中，我们使用了一个计数器count来表示当前可用的资源数量，线程调用wait()方法时，如果count <= 0，则等待条件变量cv，直到资源可用，然后获得资源，并将count减一；线程调用signal()方法时，将资源释放出来，同时将count加一，唤醒一个等待线程。

现在，我们来演示如何使用信号量实现多进程同步的功能。假设我们有两个进程A和B，进程A需要等待进程B完成某个操作后才能继续执行。我们使用一个信号量来实现同步：


Semaphore sem(0);
// 进程A
// ...
// 等待进程B完成某个操作
sem.wait();
// 继续执行
// ...
// 进程B
// ...
// 完成某个操作
// ...
// 释放信号量
sem.signal();

在这段代码中，进程A调用sem.wait()方法，如果信号量sem的计数器count为0，则等待状态；进程B完成某个操作后，调用sem.signal()方法，增加信号量sem的计数器count，并唤醒进程A。

接下来，我们将演示如何使用信号量实现多进程互斥的功能。假设我们有两个进程A和B，它们需要共享某个临界资源。我们使用两个信号量mutex和sem来实现互斥：


Semaphore mutex(1);
Semaphore sem(N);
// 进程A
// ...
// 申请临界资源
mutex.wait();
// 访问临界资源
// ...
// 释放临界资源
mutex.signal();
// ...
// 进程B
// ...
// 申请临界资源
mutex.wait();
// 访问临界资源
// ...
// 释放临界资源
mutex.signal();
// ...

在这段代码中，我们使用了一个计数器为N的信号量sem，它的计数器表示还有N个资源可以使用。当进程A和B需要访问临界资源时，首先尝试获取mutex信号量，如果获取成功，则表示临界资源可以访问，将计数器count减一；访问完临界资源后，释放mutex信号量，将计数器count加一。

在这个程序实例中，我们使用了信号量机制，实现了多进程同步和互斥的功能。值得注意的是，信号量机制需要谨慎使用，否则可能会导致死锁等危险情况。在实际开发中，我们需要根据具体需求，综合考虑多种因素，选择合适的同步和互斥机制。

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