面试题：进程管理中信号量机制在进程同步的基本应用

信号量机制基本原理

信号量（Semaphore）是一个整型变量，通过一个计数器控制对共享资源的访问。它有一个计数值，当进程请求访问共享资源时，信号量计数值减1；当进程释放共享资源时，信号量计数值加1。如果计数值为0，表示共享资源已被占用，请求的进程需要等待。

使用信号量实现进程同步示例（以生产 - 消费模型为例）

假设在C语言环境下，使用POSIX信号量实现。

引入头文件

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

定义信号量和共享数据

sem_t empty; // 表示缓冲区是否为空的信号量
sem_t full;  // 表示缓冲区是否有数据的信号量
int buffer;  // 共享缓冲区

生产者函数

void* producer(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        sem_wait(&empty);  // 等待缓冲区为空
        buffer = i;
        printf("Produced: %d\n", buffer);
        sem_post(&full);   // 通知缓冲区有数据
    }
    return NULL;
}

消费者函数

void* consumer(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        sem_wait(&full);   // 等待缓冲区有数据
        printf("Consumed: %d\n", buffer);
        sem_post(&empty);  // 通知缓冲区为空
    }
    return NULL;
}

主函数

int main() {
    pthread_t producer_thread, consumer_thread;

    sem_init(&empty, 0, 1); // 初始化empty信号量，初始值为1，即缓冲区初始为空
    sem_init(&full, 0, 0);  // 初始化full信号量，初始值为0，即缓冲区初始无数据

    pthread_create(&producer_thread, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&consumer_thread, NULL, consumer, NULL);

    pthread_join(producer_thread, NULL);
    pthread_join(consumer_thread, NULL);

    sem_destroy(&empty);
    sem_destroy(&full);

    return 0;
}

在上述代码中，producer函数生产数据放入共享缓冲区，consumer函数从共享缓冲区取出数据。empty信号量用于控制生产者何时可以向缓冲区写入数据（缓冲区为空时），full信号量用于控制消费者何时可以从缓冲区读取数据（缓冲区有数据时）。通过这两个信号量的协调，实现了生产者和消费者进程之间的同步。

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面试题：进程管理中信号量机制在进程同步的基本应用

知识考点

面试题答案

信号量机制基本原理

使用信号量实现进程同步示例（以生产 - 消费模型为例）