sem_init的概念和使用案例

sem_init 是 POSIX 线程库中用于初始化未命名信号量（unnamed semaphore）的函数，常用于多线程或多进程间的同步。以下是其概念和使用案例的详细说明：

概念

• 函数原型：

   #include <semaphore.h>
   int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
  

• 参数：
  • sem：指向信号量对象的指针。
  • pshared：决定信号量的共享范围：
    • 0：信号量在线程间共享（同一进程内）。
    • 非 0：信号量在进程间共享（需配合共享内存使用）。
  • value：信号量的初始值（通常表示可用资源的数量）。
• 返回值：
  • 成功返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

使用案例

场景 1：多线程同步（线程间共享）

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

sem_t sem;
int shared_resource = 0;

void* thread_func(void* arg) {
    sem_wait(&sem); // 等待信号量
    shared_resource++; // 访问共享资源
    printf("Thread %ld: shared_resource = %d\n", (long)pthread_self(), shared_resource);
    sem_post(&sem); // 释放信号量
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    
    // 初始化信号量（线程间共享，初始值为1）
    if (sem_init(&sem, 0, 1) == -1) {
        perror("sem_init failed");
        return 1;
    }

    pthread_create(&t1, NULL, thread_func, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, thread_func, NULL);

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);

    sem_destroy(&sem); // 销毁信号量
    return 0;
}

场景 2：多进程同步（进程间共享）

需将信号量放置在共享内存中：

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <semaphore.h>

int main() {
    // 创建共享内存
    int fd = shm_open("/my_shm", O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    ftruncate(fd, sizeof(sem_t));
    sem_t *sem = mmap(NULL, sizeof(sem_t), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);

    // 初始化信号量（进程间共享，初始值为1）
    if (sem_init(sem, 1, 1) == -1) {
        perror("sem_init failed");
        return 1;
    }

    // 父子进程示例
    if (fork() == 0) {
        sem_wait(sem);
        printf("Child process: Accessing resource\n");
        sem_post(sem);
        _exit(0);
    } else {
        sem_wait(sem);
        printf("Parent process: Accessing resource\n");
        sem_post(sem);
        wait(NULL);
    }

    sem_destroy(sem);    // 销毁信号量
    shm_unlink("/my_shm"); // 清理共享内存
    return 0;
}

注意事项

1. 未命名 vs 命名信号量：

   • sem_init 用于未命名信号量，生命周期由程序控制。
   • 命名信号量（通过 sem_open 创建）可用于无亲缘关系的进程间同步。

2. 废弃警告：

   • 在较新的系统（如 Linux 2.6+），sem_init 已被标记为废弃，建议改用 sem_open + sem_unlink。

3. 资源释放：

   • 必须调用 sem_destroy 释放信号量资源，避免内存泄漏。

4. 编译命令：

   gcc program.c -pthread -lrt  # 链接 pthread 和 rt 库（进程间共享需要）
   

通过合理使用 sem_init，可以实现线程或进程间的同步控制（如互斥锁、资源计数等）。