linux下的同步與互斥

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linux下的同步與互斥

  談到linux的並發，必然涉及到線程之間的同步和互斥，linux主要為我們提供了幾種實現線程間同步互斥的 

機制，本文主要介紹互斥鎖，條件變數和訊號量。互斥鎖和條件變數包含在pthread線程庫中，使用時需要包含 

<pthread.h>標頭檔。而使用訊號量時需要包含<semaphore.h>標頭檔。 

1.互斥鎖 

    型別宣告：pthread_mutex_t mutex; 

    對互斥量的初始化： 

        程式在使用pthread_mutex_t之前需要先對其進行初始化，對於靜態分配的pthread_mutex_t變數來說， 

        只要將PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER賦給變數就行了，語句如下： 

            static pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_mutex_INITIALIZER; 

        而對於動態分配或沒有預設互斥屬性的互斥變數來說，要調用pthread_mutex_init函數來執行初始化工 

        作。函式宣告如下： 

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

        mutex是指向一個互斥量的指標，attr是指向一個屬性結構體的指標，為NULL時使用預設屬性。 

        需要注意的是pthread_mutex_init函數只能恰好執行一次，重複執行的結果是未定義的。 

    對互斥量的操作： 

        int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* mutex);//對互斥量執行鎖定操作 

        int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t* mutex);//對互斥量執行解鎖操作 

    對互斥量的銷毀： 

        int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t* mutex);// 

    使用方法： 

        以下代碼用互斥量來保護一個臨界區： 

        pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//初始化 

        pthread_mutex_lock(&mutex);//獲得鎖 

        /*critical section code*/ 

        pthread_mutex_unlock(&mutex);//釋放鎖 

    通常比較適用的方法是將編寫一組訪問臨界區的函數，將鎖定調用都放在這些函數中，這是確保對對象的拍他 

    性訪問的一種方法，這樣鎖定機制對調用線程就是透明的了。 

     

2.條件變數 

    有時，我們可能需要讓線程在某個條件滿足之前一直等待，在未使用條件變數之前，您可能會使用忙等待，如 

    下列代碼： 

        while(x!=y); 

    這樣的方式，然而這種佔著茅坑不拉屎的行為是非常不被提倡的。因此，我們引入條件變數的概念來是線程在 

    某個條件不滿足是進入掛起狀態。 

    型別宣告：pthread_cond_t cond; 

    對條件變數的初始化： 

        程式在使用pthread_cond_t變數之前必須對其進行初始化。對於靜態分配的pthread_cond_t變數來說， 

        只要將PTHREAD_COND_INITIALIZER賦給變數就星了，語句如下： 

        pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER; 

    對於動態分配的或沒有預設屬性的變數來說，就要調用pthread_cond_init函數來執行初始化。函式宣告如下： 

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

        cond是指向一個條件變數的指標，attr是指向一個屬性結構體的指標，為NULL時使用預設屬性。 

    對條件變數的操作： 

        int pthread_cond_wait(pthread_cond_* cond,pthread_mutex_t* mutex);//使線程阻塞於某個條件。 

        int pthread_cond_signal(pthread_cond_t* cond);//喚醒某個阻塞在cond上的線程。 

    對條件變數的銷毀： 

        int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t* cond); 

    使用方法： 

        條件變數是與斷言或條件的測試一同調用的，以此來實現將條件變數關聯到某個斷言上去。通常線程會對 

        一個條件進行測試，如果失敗，就會調用pthread_cond_wait函數將線程阻塞。範例程式碼如下： 

            pthread_mutex_lock(&mutex); 

            while( a<b ) 

                pthread_cond_wait(&cond,&mutex); 

            pthread_mutex_unlock(&mutex); 

        調用線程應該在它測試或調用pthread_cond_wait之前獲得一個互斥量，以避免在測試條件的時候有其他 

        線程改寫條件中變數的值。pthread_cond_wait函數中第二個參數是一個互斥量類型的指標，線程在調用 

        pthread_cond_wait後會隱式的原子地釋放mutex互斥量並阻塞，允許其他線程獲得互斥量並修改斷言中 

        的變數。當線程成功的從pthread_cond_wait中返回時，它就再次擁有了互斥量，並且不用顯式的重新獲 

        得互斥量。 

        當其他線程修改了斷言中變數的值後可以調用pthread_cond_signal函數來喚醒一個等待在某個斷言成真 

        的線程。也可以使用pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t*)函數來喚醒所有等待在某個條件變數 

        上的線程。在修改斷言中出現的任一變數之前要獲得互斥量。範例程式碼如下： 

            pthread_mutex_lock(&mutex); 

            a++; 

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

            pthread_mutex_unlock(&mutex); 

             

3.訊號量 

    訊號量是一個整型變數，它帶有兩個原子操作wait和signal。wait操作還可以被稱為down、P操作。signal操 

    作還可以被稱為up、V、post操作。 

    如果S大於0，wait操作就在一個原子操作中對其進行減量運算。如果S等於0，wait操作就就在一個原子操作中 

    測試S，阻塞調用程式，將調用程式放入wait的等待隊列中。 

    如果有線程在訊號量上阻塞，則S必然等於0，signal操作就會解除對某一個等待線程的阻塞。如果S大於0，即 

    沒有線程阻塞在訊號量上，signal就對S進行增量操作。 

    可以把訊號量理解為臨界區中資源的可用數量，wait表示對資源的申請，當沒有可用資源時訊號量為0，signal 

    表示線程使用資源後，對資源的釋放。 

    下面介紹幾種通過訊號量來控制線程按某種順序執行的方法： 

    1.線程1中a先於線程2中b執行[S初始話為0] 

        Process 1: 

            a; 

            signal(&S); 

        Process 2: 

            wait(&S); 

            b; 

    2.線程1中a於線程2中b語句交替執行[S,Q初始化為1] 

        Process 1: 

            while(1){ 

                wait(&S); 

                a; 

                signal(&Q); 

            } 

        Process 2: 

            while(1){ 

                wait(&Q); 

                b; 

                signal(&S); 

            } 

    可通過讓S為0Q為1，或讓S為1Q為0，來保證讓a或b先執行。 

    需要注意的是，為了避免申請多個資源發生死結，應按照相同的順序申請資源，這裡公司面試的時候經常會被 

    問到。 

     

     

    linux中訊號量有無名訊號量和命名訊號量之分，無名訊號量可用於線程之間的同步和互斥，命名訊號量可用 

    於進程間的通訊，命名訊號量與具名管道相似，以檔案的形式儲存於磁碟上。 

     

  無名訊號量： 

    型別宣告： 

        sem_t sem; 

    初始化： 

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

        參數pshared為0，表示訊號量只能由初始化這個訊號量的進程中的線程使用。 

        value表示要將sem初始化的值。value不能為負。 

    操作： 

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

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

    銷毀： 

        int sem_destroy(sem_t* sem); 

    使用方法： 

        通常先由主線程調用sem_init對訊號量進行初始化。然後在其他線程中調用post或wait函數。範例程式碼 

   

• 本文來自：Linux教程網

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