?LinuxC高級編程——線程間同步

宗旨：技術的學習是有限的，分享的精神是無限的。

1、 互斥鎖mutex

? ? ? ? 多個線程同時訪問共享數據時可能會沖突。對于多線程的程序，訪問沖突的問題是很普遍的，解決的辦法是引入互斥鎖（Mutex， Mutual Exclusive Lock），獲得鎖的線程可以完成“讀-修改-寫”的操作，然后釋放鎖給其它線程，沒有獲得 鎖的線程只能等待而不能訪問共享數據，這樣“讀-修改-寫”三步操作組成一個原子操作，要么都執行，要么都不執行，不會執行到中間被打斷，也不會在其它處理器上并行做這個操作。Mutex用pthread_mutex_t類型的變量表示，可以這樣初始化和銷毀：

#include<pthread.h> int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,constpthread_mutexattr_t *restrict attr); pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

? ? ? ? 返回值：成功返回0，失敗返回錯誤號。

pthread_mutex_init函數對Mutex做初始化，參數attr設定Mutex的屬性，如果attr為NULL則表示缺省屬性，用pthread_mutex_init函 數初始化的Mutex可以用pthread_mutex_destroy銷毀。如果Mutex變量是靜態分配的（全局變量 或static變量），也可以用宏定義PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER來初始化，相當于用pthread_mutex_init初始化并且attr參數為NULL。 Mutex的加鎖和解鎖操作可以用下列函數：

#include<pthread.h> int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

? ? ? ? 返回值：成功返回0，失敗返回錯誤號。

? ? ? ? 一個線程可以調用pthread_mutex_lock獲得Mutex，如果這時另一個線程已經調用pthread_mutex_lock獲得了該Mutex，則當前線程需要掛起等待，直到另一個線程調用pthread_mutex_unlock釋放Mutex，當前線程被喚醒，才能獲得該Mutex并繼續執行。 如果一個線程既想獲得鎖，又不想掛起等待，可以調用pthread_mutex_trylock，如果Mutex已經被另一個線程獲得，這個函數會失敗返回EBUSY，而不會使線程掛起等待。?

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h>#define NLOOP 5000 int counter; /* incremented by threads */pthread_mutex_t counter_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void *doit(void *);int main(int argc, char **argv) {pthread_t tidA, tidB;pthread_create(&tidA, NULL, doit, NULL);pthread_create(&tidB, NULL, doit, NULL);/* wait for both threads to terminate */pthread_join(tidA, NULL);pthread_join(tidB, NULL);return 0; } void *doit(void *vptr) {int i, val;for (i = 0; i < NLOOP; i++){pthread_mutex_lock(&counter_mutex);val = counter;printf("%x: %d\n", (unsigned int)pthread_self(), val + 1);counter = val + 1;pthread_mutex_unlock(&counter_mutex);}return NULL; }

2、 條件變量

? ? ? ? 線程A需要等某個條件成立才能繼續往下執行，現在這個條件不成立，線程A就阻塞等待，而線程B在執行過程中使這個條件成立了，就喚醒線程A繼續執行。 在pthread庫中通過條件變量（Condition Variable） 來阻塞等待一個條件，或者喚醒等待這個條件的線程。 Condition Variable用pthread_cond_t類型的變量表示，可以這樣初始化和銷毀：

#include <pthread.h> int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond); int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t*restrict attr); pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

? ? ? ? 返回值：成功返回0，失敗返回錯誤號。

? ? ? ? 和Mutex的初始化和銷毀類似，pthread_cond_init函數初始化一個Condition Variable， attr參數 為NULL則表示缺省屬性， pthread_cond_destroy函數銷毀一個Condition Variable。如果Condition Variable是靜態分配的，也可以用宏定義PTHEAD_COND_INITIALIZER初始化，相當于 用pthread_cond_init函數初始化并且attr參數為NULL。 Condition Variable的操作可以用下列函數：

#include <pthread.h> int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t*restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime); int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *restrictmutex); int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

? ? ? ? 返回值：成功返回0，失敗返回錯誤號。 可見，一個ConditionVariable總是和一個Mutex搭配使用的。一個線程可以調 用pthread_cond_wait在一個Condition Variable上阻塞等待，這個函數做以下三步操作：

1. ?釋放Mutex ? 2. 阻塞等待 ? 3. 當被喚醒時，重新獲得Mutex并返回.

? ? ? ? pthread_cond_timedwait函數還有一個額外的參數可以設定等待超時，如果到達了abstime所指定的 時刻仍然沒有別的線程來喚醒當前線程，就返回ETIMEDOUT。一個線程可以調 用pthread_cond_signal喚醒在某個Condition Variable上等待的另一個線程，也可以調用pthread_cond_broadcast喚醒在這個Condition Variable上等待的所有線程。?

#include <stdlib.h> #include <pthread.h> #include <stdio.h>struct msg {struct msg *next;int num; };struct msg *head; pthread_cond_t has_product = PTHREAD_COND_INITIALIZER; pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void *consumer(void *p) {struct msg *mp;for (;;){pthread_mutex_lock(&lock);while (head == NULL){pthread_cond_wait(&has_product, &lock);}mp = head;head = mp->next;pthread_mutex_unlock(&lock);printf("Consume %d\n", mp->num);free(mp);sleep(rand() % 5);} } void *producer(void *p) {struct msg *mp;for (;;){mp = malloc(sizeof(struct msg));mp->num = rand() % 1000 + 1;printf("Produce %d\n", mp->num);pthread_mutex_lock(&lock);mp->next = head;head = mp;pthread_mutex_unlock(&lock);pthread_cond_signal(&has_product);sleep(rand() % 5);} }int main(int argc, char *argv[]) {pthread_t pid, cid;srand(time(NULL));pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL);pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);pthread_join(pid, NULL);pthread_join(cid, NULL);return 0; }

3、 信號量

? ? ? ? Mutex變量是非0即1的，可看作一種資源的可用數量，初始化時Mutex是1，表示有一個可用資源，加鎖時獲得該資源，將Mutex減到0，表示不再有可用資源，解鎖時釋放該資源，將Mutex重新加到1，表示又有了一個可用資源。信號量（Semaphore）和Mutex類似，表示可用資源的數量，和Mutex不同的是這個數量可以大于1.

#include <semaphore.h> int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); int sem_wait(sem_t *sem); int sem_trywait(sem_t *sem); int sem_post(sem_t * sem); int sem_destroy(sem_t * sem);

? ? ? ? semaphore變量的類型為sem_t， sem_init()初始化一個semaphore變量， value參數表示可用資源 的數量， pshared參數為0表示信號量用于同一進程的線程間同步，本節只介紹這種情況。在用 完semaphore變量之后應該調用sem_destroy()釋放與semaphore相關的資源。 調用sem_wait()可以獲得資源，使semaphore的值減1，如果調用sem_wait()時semaphore的值已 經是0，則掛起等待。如果不希望掛起等待，可以調用sem_trywait()。調用sem_post()可以釋放資 源，使semaphore的值加1，同時喚醒掛起等待的線程。

#include <stdlib.h> #include <pthread.h> #include <stdio.h> #include <semaphore.h>#define NUM 5 int queue[NUM]; sem_t blank_number, product_number;void *producer(void *arg) {int p = 0;while (1){sem_wait(&blank_number);queue[p] = rand() % 1000 + 1;printf("Produce %d\n", queue[p]);sem_post(&product_number);p = (p + 1) % NUM;sleep(rand() % 5);} }void *consumer(void *arg) {int c = 0;while (1){sem_wait(&product_number);printf("Consume %d\n", queue[c]);queue[c] = 0;sem_post(&blank_number);c = (c + 1) % NUM;sleep(rand() % 5);} }int main(int argc, char *argv[]) {pthread_t pid, cid;sem_init(&blank_number, 0, NUM);sem_init(&product_number, 0, 0);pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL);pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);pthread_join(pid, NULL);pthread_join(cid, NULL);sem_destroy(&blank_number);sem_destroy(&product_number);return 0; }

總結

以上是生活随笔為你收集整理的LinuxC高级编程——线程间同步的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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