linux下的同步与互斥

linux下的同步与互斥

  谈到linux的并发，必然涉及到线程之间的同步和互斥，linux主要为我们提供了几种实现线程间同步互斥的 

机制，本文主要介绍互斥锁，条件变量和信号量。互斥锁和条件变量包含在pthread线程库中，使用时需要包含 

<pthread.h>头文件。而使用信号量时需要包含<semaphore.h>头文件。 

1.互斥锁 

    类型声明：pthread_mutex_t mutex; 

    对互斥量的初始化： 

        程序在使用pthread_mutex_t之前需要先对其进行初始化，对于静态分配的pthread_mutex_t变量来说， 

        只要将PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER赋给变量就行了，语句如下： 

            static pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_mutex_INITIALIZER; 

        而对于动态分配或没有默认互斥属性的互斥变量来说，要调用pthread_mutex_init函数来执行初始化工 

        作。函数声明如下： 

            int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t* mutex,const pthread_mutexattr_t* attr); 

        mutex是指向一个互斥量的指针，attr是指向一个属性结构体的指针，为NULL时使用默认属性。 

        需要注意的是pthread_mutex_init函数只能恰好执行一次，重复执行的结果是未定义的。 

    对互斥量的操作： 

        int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* mutex);//对互斥量执行锁定操作 

        int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t* mutex);//对互斥量执行解锁操作 

    对互斥量的销毁： 

        int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t* mutex);// 

    使用方法： 

        以下代码用互斥量来保护一个临界区： 

        pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//初始化 

        pthread_mutex_lock(&mutex);//获得锁 

        /*critical section code*/ 

        pthread_mutex_unlock(&mutex);//释放锁 

    通常比较适用的方法是将编写一组访问临界区的函数，将锁定调用都放在这些函数中，这是确保对对象的拍他 

    性访问的一种方法，这样锁定机制对调用线程就是透明的了。 

2.条件变量 

    有时，我们可能需要让线程在某个条件满足之前一直等待，在未使用条件变量之前，您可能会使用忙等待，如 

    下列代码： 

        while(x!=y); 

    这样的方式，然而这种占着茅坑不拉屎的行为是非常不被提倡的。因此，我们引入条件变量的概念来是线程在 

    某个条件不满足是进入挂起状态。 

    类型声明：pthread_cond_t cond; 

    对条件变量的初始化： 

        程序在使用pthread_cond_t变量之前必须对其进行初始化。对于静态分配的pthread_cond_t变量来说， 

        只要将PTHREAD_COND_INITIALIZER赋给变量就星了，语句如下： 

        pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER; 

    对于动态分配的或没有默认属性的变量来说，就要调用pthread_cond_init函数来执行初始化。函数声明如下： 

        int pthread_cond_init(pthread_cond_t* cond,const pthread_cond_attr_t* attr); 

        cond是指向一个条件变量的指针，attr是指向一个属性结构体的指针，为NULL时使用默认属性。 

    对条件变量的操作： 

        int pthread_cond_wait(pthread_cond_* cond,pthread_mutex_t* mutex);//使线程阻塞于某个条件。 

        int pthread_cond_signal(pthread_cond_t* cond);//唤醒某个阻塞在cond上的线程。 

    对条件变量的销毁： 

        int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t* cond); 

    使用方法： 

        条件变量是与断言或条件的测试一同调用的，以此来实现将条件变量关联到某个断言上去。通常线程会对 

        一个条件进行测试，如果失败，就会调用pthread_cond_wait函数将线程阻塞。示例代码如下： 

            pthread_mutex_lock(&mutex); 

            while( a<b ) 

                pthread_cond_wait(&cond,&mutex); 

            pthread_mutex_unlock(&mutex); 

        调用线程应该在它测试或调用pthread_cond_wait之前获得一个互斥量，以避免在测试条件的时候有其他 

        线程改写条件中变量的值。pthread_cond_wait函数中第二个参数是一个互斥量类型的指针，线程在调用 

        pthread_cond_wait后会隐式的原子地释放mutex互斥量并阻塞，允许其他线程获得互斥量并修改断言中 

        的变量。当线程成功的从pthread_cond_wait中返回时，它就再次拥有了互斥量，并且不用显式的重新获 

        得互斥量。 

        当其他线程修改了断言中变量的值后可以调用pthread_cond_signal函数来唤醒一个等待在某个断言成真 

        的线程。也可以使用pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t*)函数来唤醒所有等待在某个条件变量 

        上的线程。在修改断言中出现的任一变量之前要获得互斥量。示例代码如下： 

            pthread_mutex_lock(&mutex); 

            a++; 

            pthread_cond_signal(&cond);//pthread_cond_broadcast(&cond); 

            pthread_mutex_unlock(&mutex); 

3.信号量 

    信号量是一个整型变量，它带有两个原子操作wait和signal。wait操作还可以被称为down、P操作。signal操 

    作还可以被称为up、V、post操作。 

    如果S大于0，wait操作就在一个原子操作中对其进行减量运算。如果S等于0，wait操作就就在一个原子操作中 

    测试S，阻塞调用程序，将调用程序放入wait的等待队列中。 

    如果有线程在信号量上阻塞，则S必然等于0，signal操作就会解除对某一个等待线程的阻塞。如果S大于0，即 

    没有线程阻塞在信号量上，signal就对S进行增量操作。 

    可以把信号量理解为临界区中资源的可用数量，wait表示对资源的申请，当没有可用资源时信号量为0，signal 

    表示线程使用资源后，对资源的释放。 

    下面介绍几种通过信号量来控制线程按某种顺序执行的方法： 

    1.线程1中a先于线程2中b执行[S初始话为0] 

        Process 1: 

            a; 

            signal(&S); 

        Process 2: 

            wait(&S); 

            b; 

    2.线程1中a于线程2中b语句交替执行[S,Q初始化为1] 

        Process 1: 

            while(1){ 

                wait(&S); 

                a; 

                signal(&Q); 

            } 

        Process 2: 

            while(1){ 

                wait(&Q); 

                b; 

                signal(&S); 

            } 

    可通过让S为0Q为1，或让S为1Q为0，来保证让a或b先执行。 

    需要注意的是，为了避免申请多个资源发生死锁，应按照相同的顺序申请资源，这里公司面试的时候经常会被 

    问到。 

    linux中信号量有无名信号量和命名信号量之分，无名信号量可用于线程之间的同步和互斥，命名信号量可用 

    于进程间的通信，命名信号量与命名管道相似，以文件的形式存储于磁盘上。 

  无名信号量： 

    类型声明： 

        sem_t sem; 

    初始化： 

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

        参数pshared为0，表示信号量只能由初始化这个信号量的进程中的线程使用。 

        value表示要将sem初始化的值。value不能为负。 

    操作： 

        int sem_post(sem_t* sem);//signal操作 

        int sem_wait(sem_t* sem);//wait操作 

    销毁： 

        int sem_destroy(sem_t* sem); 

    使用方法： 

        通常先由主线程调用sem_init对信号量进行初始化。然后在其他线程中调用post或wait函数。示例代码 

• 本文来自：Linux教程网