C/C++ 汇编实现信号量解决生产者-消费者问题

本文将介绍如何使用C/C++结合汇编语言，基于忙等待方式实现信号量及其P、V操作，并利用其实现经典的生产者-消费者问题。

1. 信号量实现

信号量是一种同步原语，用于控制并发访问共享资源。本例中，我们将使用汇编语言实现一个简单的信号量，包含P操作（等待）和V操作（释放）。c++class Semaphore {private: int count;

public: Semaphore(int initialCount) : count(initialCount) {}

void P() {        while (true) {            // 使用汇编实现原子操作，尝试将count减1            __asm__ volatile (                'lock

' 'cmpl $0, %[count] ' // 比较count和0 'jle .Lend% ' // 如果count小于等于0，跳转到结束 'decl %[count] ' // count减1 'jne .Lend% ' // 如果count不等于0，说明成功获取信号量，跳转到结束 '.Lloop%: pause ' // 忙等待，降低CPU占用 'jmp .Lloop% ' '.Lend%: ' : [count] '+m' (count) : : 'memory' ); if (count >= 0) { break; // 成功获取信号量 } } }

void V() {        __asm__ volatile (            'lock

' 'incl %[count] ' // count加1 : [count] '+m' (count) : : 'memory' ); }};

代码解释：

Semaphore类包含一个整型变量count表示可用资源数量。* P()操作： * 使用__asm__关键字嵌入汇编代码。 * lock指令：保证原子性操作。 * cmpl指令比较count和0。 * jle指令：如果count小于等于0，说明没有可用资源，跳转到Lend。 * decl指令：将count减1。 * jne指令：如果count不等于0，说明成功获取信号量，跳转到Lend。 * .Lloop%：使用pause指令进行忙等待，降低CPU占用。 * .Lend%：结束汇编代码块。* V()操作： * 使用lock指令保证原子性。 * 使用incl指令将count加1，表示释放一个资源。

2. 生产者-消费者问题实现c++#include #include #include

const int BUFFER_SIZE = 5;

// 全局变量Semaphore empty(BUFFER_SIZE); // 空闲缓冲区数量Semaphore full(0); // 已满缓冲区数量std::queue buffer; // 缓冲区

void producer() { int item = 0; while (true) { empty.P(); // 获取空闲缓冲区 // 生产物品 item++; buffer.push(item); std::cout << '生产者生产：' << item << std::endl; full.V(); // 释放已满缓冲区 std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500)); }}

void consumer() { while (true) { full.P(); // 获取已满缓冲区 // 消费物品 int item = buffer.front(); buffer.pop(); std::cout << '消费者消费：' << item << std::endl; empty.V(); // 释放空闲缓冲区 std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000)); }}

int main() { std::thread producerThread(producer); std::thread consumerThread(consumer);

producerThread.join();    consumerThread.join();

return 0;}

代码解释：

使用Semaphore类创建两个信号量：empty表示空闲缓冲区数量，初始值为缓冲区大小；full表示已满缓冲区数量，初始值为0。* producer()函数： * 调用empty.P()获取一个空闲缓冲区。 * 模拟生产物品，将其放入缓冲区。 * 调用full.V()释放一个已满缓冲区。* consumer()函数： * 调用full.P()获取一个已满缓冲区。 * 从缓冲区中取出物品并进行消费。 * 调用empty.V()释放一个空闲缓冲区。

3. 总结

本文介绍了如何使用C/C++和汇编语言实现信号量，并利用其实现经典的生产者-消费者问题。需要注意的是，本例中的信号量实现基于忙等待，可能导致CPU资源浪费。在实际应用中，建议使用操作系统提供的更高效的同步机制