信号量、互斥锁和条件变量的区别

一、

1、互斥锁总是必须由给其上锁的线程解锁，信号量的挂出确不必由执行过它的等待操作的同一线程执行。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生产者与消费者伪代码

2、互斥锁要么被锁住，要么被解锁（二值状态，类似于二值信号量）

3、既然信号量有一个与之关联的状态（它的数值），那么信号量的挂出操作总是被记住。然而当向一个条件变量发送信号时，如果没有线程等待在该条件变量上，那么信号将丢失。

ps：提供信号量的原因是，在进程间同步的情况下，若没有涉及到共享内存区时，需要使用信号量。

二、

　　1、posix提供量中信号量：有名信号量和基于内存的信号量，后者被称为无名信号量。

有名信号量如下图所示：

内存信号量（无名信号量）如下图所示：

三、有名信号量

　　sem_open:创建一个新的有名信号量或者打开一个已经存在的有名信号量。有名信号量既可用于线程间同步，也可用于进程间同步。

头文件：#include <semaphore.h>
函数原型：sem_t *sem_open(const char *name,int oflag,mode_t mode,unsigned int value);
参数：
name 信号量的外部名字
oflag 选择创建或打开一个现有的信号量
mode 权限位
value 信号量初始值

oflag参数可以是0、O_CREAT（创建一个信号量）或O_CREAT|O_EXCL（如果没有指定的信号量就创建），如果指定了O_CREAT，那么第三个和第四个参数是需要的；其中mode参数指定权限位，value参数指定信号量的初始值，通常用来指定共享资源的书面。该初始不能超过SEM_VALUE_MAX，这个常值必须低于为32767。二值信号量的初始值通常为1，计数信号量的初始值则往往大于1。

如果指定了O_CREAT（而没有指定O_EXCL），那么只有所需的信号量尚未存在时才初始化它。所需信号量已存在条件下指定O_CREAT不是一个错误。该标志的意思仅仅是“如果所需信号量尚未存在，那就创建并初始化它”。但是所需信号量等已存在条件下指定O_CREAT|O_EXCL却是一个错误。

sem_open返回指向sem_t信号量的指针，该结构里记录着当前共享资源的数目。

sem_close用于关闭打开着的信号量：

#include <semaphore.h>

int sem_close(sem_t *sem)

sem_unlink将有名信号量从系统中删除

#include <semaphore.h>

int sem_unlink(const char *name)

sem_wait是一个函数，也是一个原子操作，它的作用是从信号量的值减去一个“1”，但它永远会先等待该信号量为一个非零值才开始做减法。也就是说，如果你对一个值为2的信号量调用sem_wait()，线程将会继续执行，将信号量的值将减到1。

如果对一个值为0的信号量调用sem_wait()，这个函数就会原地等待直到有其它线程增加了这个值使它不再是0为止。如果有两个线程都在sem_wait()中等待同一个信号量变成非零值，那么当它被第三个线程增加一个“1”时，等待线程中只有一个能够对信号量做减法并继续执行，另一个还将处于等待状态。sem_trywait(sem_t *sem)是函数sem_wait的非阻塞版，它直接将信号量sem减1，同时返回错误代码EAGAIN。

#include <semaphore.h>

int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_trywait(sem_t *sem);

sem_post是给信号量的值加上一个“1”，它是一个“原子操作”－－－即同时对同一个信号量做加“1”操作的两个线程是不会冲突的；

#include <semaphore.h>
int sem_post(sem_t *sem);

sem_getvalue，计算机术语，是把 sem 指向的信号量当前值放置在 sval 指向的整数上。如果有一个或多个进程或线程当前正在使用 sem_wait(3) 等待信号量，POSIX.1-2001 允许返回两种结果在 sval 里：要么返回 0；要么返回一个负值，它的绝对等于当前正在 sem_wait(3) 里阻塞的进程和线程数。Linux 选择了前面的行为(返回零)。

#include <semaphore.h>

int sem_getvalue(sem_t *sem,int *sval);

posix有名信号量至少是随内核持续性的，因此可以跨多个进程操作他们。

四、无名信号量

　之前的内容处理的是posix有名信号量的内容，这些信号量是由一个name参数标识的，它通常指代文件系统中的某个文件。然而posix也提供了基于内存的信号量。

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

如果 pshared 是0,那么初始化的信号量是在同一个进程的各个线程间共享的。

如果 pshared 是非零值，那么信号量将在进程之间共享，并且应该定位共享内存区域(见 shm_open(3)、mmap(2) 和 shmget(2))。因为通过 fork(2) 
创建的孩子继承其父亲的内存映射，因此它也可以见到这个信号量。所有可以访问共享内存区域的进程都可以用 sem_post(3)、sem_wait(3) 等等操作信号量。
初始化一个已经初始的信号量其结果未定义。
参数
sem ：指向信号量对象
　　pshared : 指明信号量的类型。不为0时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享。
　　value : 指定信号量值的大小
返回值
sem_init() 成功时返回 0；错误时，返回 -1，并把 errno 设置为合适的值。
错误
EINVAL
value 超过 SEM_VALUE_MAX。
ENOSYS
pshared 非零，但系统还没有支持进程共享的信号量。

摧毁信号量：

#include <semaphore.h>

int sem_destroy(sem_t *sem);

　　进程间共享基于内存信号量的规则：信号量本身（其作为sem_init第一个参数的sem_t数据类型变量）必须驻留在由所有希望共享它的进程所共享的内存区中，而且sem_init的第二个参数必须是1。

　　在父进程中打开的任何信号量仍应在子进程中打开。如下：

sem_t *sem;

sem = sem_open("sem name",O_CREATE|O_EXCL,FILE_MODE,0);
if(childpid = fork() == 0)
{
        sem_wait(sem);      
}
else
{
        sem_post(sem);  
}