linux 线程同步 互斥量 读写锁 条件变量 信号量和同步属性
线程同步
线程同步和生活中的同步概念是有差异的，日常中同步最多的是表示同时的意思，在程序中“同” 指的应该是协同、协助、互相配合。 主旨在协同步调，按预定的先后次序运行。同步其实是协同，按预定的先后次序运行。线程同步，指一个线程发出某一功能调用时，在没有得到结果之前，该调用不返回。同时其它线程为保证数据一致性，不能调用该功能。
多个子线程包括创建线程的进程运行时间先后次序，cpu调度优先级是不确定的，着就导致在访问同一共享数据时会产生混乱。而“同步”的目的，是为了避免数据混乱，解决与时间有关的错误。实际上，不仅线程间需要同步，进程间、信号间等等都需要同步机制。因此， 所有“多个控制流，共同操作一个共享资源” 的情况，都需要同步。
数据混乱原因：
1. 资源共享 （独享资源则不会）
2. 调度随机（意味着数据访问会出现竞争）
3. 线程间缺乏必要的同步机制。
资源共享可以提高效率，传递数据，这也是线程相对于进程的优势之一。但共享资源，就一定会出现竞争。只要存在竞争关系，数据就很容易出现混乱。
资源共享是目的也是线程的特点之一不能取消，cpu调度又是随机的，所以应该从第三点着手解决，使用同步机制。使多个线程在访问共享资源的时候，出现互斥。
这里主要介绍线程同步的相关内容主要参考APUE，线程的创建和销毁等内容在上一篇linux 多线程使用和属性设置。
互斥量 mutex
Linux 中提供一把互斥锁 mutex（也称之为互斥量）。
每个线程在对资源操作前都尝试先加锁，成功加锁才能操作，操作结束解锁。资源还是共享的，线程间也还是竞争的，但通过“锁”就将资源的访问变成互斥操作，而后与时间有关的错误也不会再产生了。
但，应注意： 同一时刻，只能有一个线程持有该锁。
当 A 线程对某个全局变量加锁访问， B 在访问前尝试加锁，拿不到锁， B 阻塞。 C 线程不去加锁，而直接访问该全局变量，依然能够访问，但会出现数据混乱。所以，互斥锁实质上是操作系统提供的一把“建议锁”（又称“协同锁”），建议程序中有多线程访问共享资源的时候使用该机制。但，并没有强制限定。因此， 即使有了 mutex， 如果有线程不按规则来访问数据，依然会造成数据混乱。
主要应用函数：
pthread_mutex_init 函数
pthread_mutex_destroy 函数
pthread_mutex_lock 函数
pthread_mutex_trylock 函数
pthread_mutex_unlock 函数
以上 5 个函数的返回值都是：成功返回 0， 失败返回错误号。
pthread_mutex_t 类型， 其本质是一个结构体。 为简化理解， 应用时可忽略其实现细节，简单当成整数看待。
pthread_mutex_t mutex; 变量 mutex 只有两种取值 1、 0。
互斥锁的初始化方法：
1. 静态初始化：如果互斥锁 mutex 是静态分配的（定义在全局，或加了 static 关键字修饰），可以直接使用宏进行初始化。 例如 pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
2. 动态初始化：局部变量应采用动态初始化(malloc)。 例如 pthread_mutex_init(&mutex, NULL)
pthread_mutex_init 函数
初始化一个互斥锁(互斥量) ---> 初值可看作 1
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr); 参 1：传出参数，调用时应传 &mutexrestrict 关键字：只用于限制指针，告诉编译器，所有修改该指针指向内存中内容的操作，只能通过本指针完成。不能通过除本指针以外的其他变量或指针修改
参 2：互斥量属性。是一个传入参数，通常传 NULL，选用默认属性(线程间共享)。 参 APUE.12.4 同步属性
pthread_mutex_destroy 函数
销毁一个互斥锁
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);pthread_mutex_lock 函数
加锁。 可理解为将 mutex--（或-1）
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);pthread_mutex_unlock 函数
解锁。 可理解为将 mutex ++（或+1）
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);pthread_mutex_trylock 函数
尝试加锁
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);pthread_mutex_trylock尝试对互斥量进行加锁。如果互斥量处于未锁住状态，将其锁住，不会阻塞直接返回0，否则pthread_mutex_trylock就会失败，不能锁住互斥量，返回EBUSY。
加锁与解锁
lock 与 unlock：
lock 尝试加锁，如果加锁不成功，线程阻塞，阻塞到持有该互斥量的其他线程解锁为止。
unlock 主动解锁函数， 同时将阻塞在该锁上的所有线程全部唤醒，至于哪个线程先被唤醒，取决于优先级、调度。默认：先阻塞、先唤醒。
例如： T1 T2 T3 T4 使用一把 mutex 锁。 T1 加锁成功，其他线程均阻塞，直至 T1 解锁。 T1 解锁后， T2 T3 T4 均
被唤醒，并自动再次尝试加锁。
可假想 mutex 锁 init 成功初值为 1。 lock 功能是将 mutex--。 unlock 将 mutex++
lock 与 trylock：
lock 加锁失败会阻塞，等待锁释放。
trylock 加锁失败直接返回错误号（如： EBUSY），不阻塞
#include
#include
#include
#include
#include
pthread_mutex_t mutex;
void err_thread(int ret, char *str)
{
if (ret != 0) {
fprintf(stderr, "%s:%s\n", str, strerror(ret));
pthread_exit(NULL);
}
}
void *tfn(void *arg)
{
srand(time(NULL));
while (1) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("hello ");
sleep(rand() % 3); /*模拟长时间操作共享资源，导致cpu易主，产生与时间有关的错误*/
printf("world\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(rand() % 3);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
int flag = 5;
pthread_t tid;
srand(time(NULL));
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL);
while (flag--) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("HELLO ");
sleep(rand() % 3);
printf("WORLD\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(rand() % 3);
}
pthread_cancel(tid); // 将子线程杀死,子线程中自带取消点
pthread_join(tid, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0; //main中的return可以将整个进程退出
} 在访问共享资源前加锁，访问结束后立即解锁。锁的“粒度”应越小越好。
死锁
1. 线程试图对同一个互斥量 A 加锁两次。
2. 线程 1 拥有 A 锁，请求获得 B 锁；线程 2 拥有 B 锁，请求获得 A 锁
pthread_mutex_timedlock 函数
pthread_mutex_timedlock与pthread_mutex_lock 是基本等价的，但是达到超市时间值时，pthread_mutex_timedlock不会对互斥量进行加锁，而是返回错误码ETIMEDOUT
#include
#include
int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *restrict mutext, const struct timespec *restrict tsptr); 超时指定愿意等待的绝对时间，这个超时时间是用timespec结构来表示的，它用秒和纳秒来描述时间。
#include "apue.h"
#include
int main(void)
{
int err;
struct timespec tout;
struct tm *tmp;
char buf[64];
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_lock(&lock);
printf("mutex is locked\n");
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &tout);
tmp = localtime(&tout.tv_sec);
strftime(buf, sizeof(buf), "%r", tmp);
printf("current time is %s\n", buf);
tout.tv_sec += 10; /* 10 seconds from now */
/* caution: this could lead to deadlock */
err = pthread_mutex_timedlock(&lock, &tout);
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &tout);
tmp = localtime(&tout.tv_sec);
strftime(buf, sizeof(buf), "%r", tmp);
printf("the time is now %s\n", buf);
if (err == 0)
printf("mutex locked again!\n");
else
printf("can't lock mutex again: %s\n", strerror(err));
exit(0);
} 读写锁
与互斥量类似，但读写锁允许更高的并行性。 其特性为：写独占，读共享。
读写锁状态：
一把读写锁具备三种状态：
1. 读模式下加锁状态 (读锁)
2. 写模式下加锁状态 (写锁)
3. 不加锁状态
读写锁特性：
1. 读写锁是“写模式加锁”时， 解锁前，所有对该锁加锁的线程都会被阻塞。
2. 读写锁是“读模式加锁”时， 如果线程以读模式对其加锁会成功；如果线程以写模式加锁会阻塞。
3. 读写锁是“读模式加锁”时， 既有试图以写模式加锁的线程，也有试图以读模式加锁的线程。那么读写锁会阻塞随后的读模式锁请求。优先满足写模式锁。 读锁、写锁并行阻塞，写锁优先级高读写锁也叫共享-独占锁。当读写锁以读模式锁住时，它是以共享模式锁住的；当它以写模式锁住时，它是以独占模式锁住的。 写独占、读共享。读写锁非常适合于对数据结构读的次数远大于写的情况。
主要应用函数：
pthread_rwlock_init 函数
pthread_rwlock_destroy 函数
pthread_rwlock_rdlock 函数
pthread_rwlock_wrlock 函数
pthread_rwlock_tryrdlock 函数
pthread_rwlock_trywrlock 函数
pthread_rwlock_unlock 函数
以上 7 个函数的返回值都是：成功返回 0， 失败直接返回错误号。
pthread_rwlock_t 类型 用于定义一个读写锁变量。
pthread_rwlock_t rwlock;
pthread_rwlock_init 函数
初始化一把读写锁
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr); 参 2： attr 表读写锁属性， 通常使用默认属性， 传 NULL 即可。
pthread_rwlock_destroy 函数
销毁一把读写锁
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);pthread_rwlock_rdlock 函数
以读方式请求读写锁。（常简称为：请求读锁）
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);pthread_rwlock_wrlock 函数
以写方式请求读写锁。（常简称为：请求写锁）
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);pthread_rwlock_unlock 函数
解锁
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);pthread_rwlock_tryrdlock 函数
非阻塞以读方式请求读写锁（非阻塞请求读锁）
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);pthread_rwlock_trywrlock 函数
非阻塞以写方式请求读写锁（非阻塞请求写锁）
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);/* 3个线程不定时 "写" 全局资源，5个线程不定时 "读" 同一全局资源 */
#include
#include
#include
int counter; //全局资源
pthread_rwlock_t rwlock;
void *th_write(void *arg)
{
int t;
int i = (int)arg;
while (1) {
t = counter;
usleep(1000);
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
printf("=======write %d: %lu: counter=%d ++counter=%d\n", i, pthread_self(), t, ++counter);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
usleep(5000);
}
return NULL;
}
void *th_read(void *arg)
{
int i = (int)arg;
while (1) {
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
printf("----------------------------read %d: %lu: %d\n", i, pthread_self(), counter);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
usleep(900);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
int i;
pthread_t tid[8];
pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
for (i = 0; i < 3; i++)
pthread_create(&tid[i], NULL, th_write, (void *)i);
for (i = 0; i < 5; i++)
pthread_create(&tid[i+3], NULL, th_read, (void *)i);
for (i = 0; i < 8; i++)
pthread_join(tid[i], NULL);
pthread_rwlock_destroy(&rwlock); //释放读写琐
return 0;
} 带有超时的读写锁
#include
#include
int pthread_rwlock_timedrdlock(pthread_rwlock *restrict rwlock,const struct timespec *restrict tsptr);
int pthread_rwlock_timedwrlock(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const struct timespec *restrict tsptr); 条件变量：
条件变量本身不是锁！但它也可以造成线程阻塞。 通常与互斥锁配合使用。给多线程提供一个会合的场所。条件变量与互斥量一起使用时，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。条件本身是由互斥量保护的。线程在改变条件状态之前必须首先锁住互斥量。其他线程在获得互斥量之前不会察觉到这种改变，因为互斥量必须在锁定以后才能计算条件。
主要应用函数：
pthread_cond_init 函数
pthread_cond_destroy 函数
pthread_cond_wait 函数
pthread_cond_timedwait 函数
pthread_cond_signal 函数
pthread_cond_broadcast 函数
以上 6 个函数的返回值都是：成功返回 0， 失败直接返回错误号。
pthread_cond_t 类型 用于定义条件变量
pthread_cond_t cond;
pthread_cond_init 函数
初始化一个条件变量
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);参 2： attr 表条件变量属性， 通常为默认值，传 NULL 即可
也可以使用静态初始化的方法， 初始化条件变量：pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_destroy 函数
销毁一个条件变量
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);pthread_cond_wait 函数
阻塞等待一个条件变量
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);函数作用：
1. 阻塞等待条件变量 cond（参 1） 满足
2. 释放已掌握的互斥锁（解锁互斥量） 相当于 pthread_mutex_unlock(&mutex);
1.2.两步为一个原子操作。
3. 当被唤醒， pthread_cond_wait 函数返回时，解除阻塞并重新申请获取互斥锁 pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_timedwait 函数
限时等待一个条件变量
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec
*restrict abstime);参 3： 参看 man sem_timedwait 函数，查看 struct timespec 结构体。
struct timespec {
time_t tv_sec; /* seconds */ 秒
long tv_nsec; /* nanosecondes*/ 纳秒
}
形参 abstime：绝对时间。
如： time(NULL)返回的就是绝对时间。而 alarm(1)是相对时间，相对当前时间定时 1 秒钟。struct timespec t = {1, 0};
pthread_cond_timedwait (&cond, &mutex, &t); 只能定时到 1970 年 1 月 1 日 00:00:01 秒(早已经过去)
正确用法：
time_t cur = time(NULL); //获取当前时间。
struct timespec t; //定义 timespec 结构体变量 t
t.tv_sec = cur+1; //定时 1 秒
pthread_cond_timedwait (&cond, &mutex, &t); //传参 参 APUE.11.6 线程同步条件变量小节
另外一种时间类型：
struct timeval {
time_t tv_sec; /* seconds */ 秒
suseconds_t tv_usec; /* microseconds */ 微秒
};
APUE上使用 gettimeofday函数
#include
#include
void maketimeout(struct timespec *tsp, long minutes)
{
struct timeval now;
/* get the current time */
gettimeofday(&now, NULL);
tsp->tv_sec = now.tv_sec;
tsp->tv_nsec = now.tv_usec * 1000; /* usec to nsec */
/* add the offset to get timeout value */
tsp->tv_sec += minutes * 60;
} pthread_cond_signal 函数
唤醒至少一个阻塞在条件变量上的线程
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);pthread_cond_broadcast 函数
唤醒全部阻塞在条件变量上的线程
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);#include
struct msg {
struct msg *m_next;
/* ... more stuff here ... */
};
struct msg *workq;
pthread_cond_t qready = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t qlock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void process_msg(void)
{
struct msg *mp;
for (;;) {
pthread_mutex_lock(&qlock);
while (workq == NULL)
pthread_cond_wait(&qready, &qlock);
mp = workq;
workq = mp->m_next;
pthread_mutex_unlock(&qlock);
/* now process the message mp */
}
}
void enqueue_msg(struct msg *mp)
{
pthread_mutex_lock(&qlock);
mp->m_next = workq;
workq = mp;
pthread_mutex_unlock(&qlock);
pthread_cond_signal(&qready);
} 生产者消费者条件变量模型
线程同步典型的案例即为生产者消费者模型，而借助条件变量来实现这一模型，是比较常见的一种方法。假定
有两个线程，一个模拟生产者行为，一个模拟消费者行为。两个线程同时操作一个共享资源（一般称之为汇聚），
生产向其中添加产品，消费者从中消费掉产品
/*借助条件变量模拟 生产者-消费者 问题*/
#include
#include
#include
#include
/*链表作为公享数据,需被互斥量保护*/
struct msg {
struct msg *next;
int num;
};
struct msg *head;
struct msg *mp;
/* 静态初始化 一个条件变量 和 一个互斥量*/
pthread_cond_t has_product = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void *consumer(void *p)
{
for (;;) {
pthread_mutex_lock(&lock);
while (head == NULL) { //头指针为空,说明没有节点 可以为if吗
pthread_cond_wait(&has_product, &lock);
}
mp = head;
head = mp->next; //模拟消费掉一个产品
pthread_mutex_unlock(&lock);
printf("-Consume ---%d\n", mp->num);
free(mp);
mp = NULL;
sleep(rand() % 5);
}
}
void *producer(void *p)
{
for (;;) {
mp = malloc(sizeof(struct msg));
mp->num = rand() % 1000 + 1; //模拟生产一个产品
printf("-Produce ---%d\n", mp->num);
pthread_mutex_lock(&lock);
mp->next = head;
head = mp;
pthread_mutex_unlock(&lock);
pthread_cond_signal(&has_product); //将等待在该条件变量上的一个线程唤醒
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;
} 条件变量的优点：
相较于 mutex 而言，条件变量可以减少竞争。如直接使用 mutex，除了生产者、消费者之间要竞争互斥量以外，消费者之间也需要竞争互斥量，但如果汇聚（链表） 中没有数据，消费者之间竞争互斥锁是无意义的。有了条件变量机制以后，只有生产者完成生产，才会引起消费者之间的竞争。提高了程序效率。
信号量
这里的信号量指的是POSIX信号量
POSIX信号量有两张形式：命名和未命名的。它们的差异在于创建和销毁的形式上，但其他工作一样。未命名信号量只存在于内存中，并要求能使用信号量的进程必须可以访问内存。意味着它们只能应用在同一进程中的线程，或者不同进程中已经映射相同内存内容到它们的地址空间中的线程。相反，命名信号量可以通过名字访问，因此可以被任何已知它们名字的进程中的线程使用。
命名信号量
sem_open函数创建或使用一个现有信号量
#include
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag,.../* mode_t mode, unsigned int value*/);
//成功返回指向信号量的指针；出错返回SEM_FAILED 参数： name 信号量名字
oflag 为0或者O_CREAT，当为O_CREAT时不存在创建，存在会被使用，使用O_CREAT同事需要指定mode，读写执行权限，以及value参数信号量的初始值（0 ~SEM_VALUE_MAX）。
sem_close函数
释放信号量相关资源
#include
int sem_close(sem_t *sem);//成功返回0，失败返回-1 sem_close不会影响信号量值的状态。
sem_unlink函数
销毁一个命名信号量
#include
int sem_unlink(const char *name);//成功返回0，出错返回-1 sen_unlink函数会等到最后一个打开的引用关闭才执行销毁。
在单个进程中使用信号量，使用未命名信号量更简单
未命名信号量
sem_init 函数
初始化一个信号量
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);参 1： sem 信号量
参 2： pshared 取 0 用于线程间；取非 0（一般为 1） 用于进程间
参 3： value 指定信号量初值
sem_destroy 函数
销毁一个信号量
int sem_destroy(sem_t *sem);信号量相对于互斥锁
由于互斥锁的粒度比较大，如果我们希望在多个线程间对某一对象的部分数据进行共享，使用互斥锁是没有办法实现的，只能将整个数据对象锁住。 这样虽然达到了多线程操作共享数据时保证数据正确性的目的，却无形中导致线程的并发性下降。线程从并行执行，变成了串行执行。与直接使用单进程无异。信号量，是相对折中的一种处理方式，既能保证同步，数据不混乱，又能提高线程并发。
主要应用函数：
sem_init 函数
sem_destroy 函数
sem_wait 函数
sem_trywait 函数
sem_timedwait 函数
sem_post 函数以上 6 个函数的返回值都是：成功返回 0， 失败返回-1，同时设置 errno。 (注意，它们没有 pthread 前缀)
sem_t 类型， 本质仍是结构体。但应用期间可简单看作为整数，忽略实现细节（类似于使用文件描述符）。
sem_t sem; 规定信号量 sem 不能 < 0。头文件
信号量基本操作：
sem_wait: 1. 信号量大于 0，则信号量-- （类比 pthread_mutex_lock）
| 2. 信号量等于 0，造成线程阻塞
对应
|
sem_post： 将信号量++，同时唤醒阻塞在信号量上的线程 （类比 pthread_mutex_unlock）
但，由于 sem_t 的实现对用户隐藏，所以所谓的++、 --操作只能通过函数来实现，而不能直接++、 --符号。
信号量的初值，决定了占用信号量的线程的个数
sem_wait 函数
给信号量加锁 --
int sem_wait(sem_t *sem);sem_post 函数
给信号量解锁 ++
int sem_post(sem_t *sem);sem_trywait 函数
尝试对信号量加锁 -- (与 sem_wait 的区别类比 lock 和 trylock)
int sem_trywait(sem_t *sem);sem_timedwait 函数
限时尝试对信号量加锁 --
int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);参 2： abs_timeout 采用的是绝对时间。
定时 1 秒：
time_t cur = time(NULL); 获取当前时间。
struct timespec t; 定义 timespec 结构体变量 t
t.tv_sec = cur+1; 定时 1 秒
t.tv_nsec = t.tv_sec +100;
sem_timedwait(&sem, &t); 传参
sem_getvalue函数
检索信号量值
#include
int sem_getvalue(sem_t *restrict sem, int *restrict valp); //slock.h
#include
#include
#include
#include
struct slock {
sem_t *semp;
char name[_POSIX_NAME_MAX];
};
struct slock * s_alloc();
void s_free(struct slock *);
int s_lock(struct slock *);
int s_trylock(struct slock *);
int s_unlock(struct slock *); #include "slock.h"
#include
#include
#include
#include
struct slock *s_alloc()
{
struct slock *sp;
static int cnt;
if ((sp = malloc(sizeof(struct slock))) == NULL)
return(NULL);
do {
snprintf(sp->name, sizeof(sp->name), "/%ld.%d", (long)getpid(),
cnt++);
sp->semp = sem_open(sp->name, O_CREAT|O_EXCL, S_IRWXU, 1);
} while ((sp->semp == SEM_FAILED) && (errno == EEXIST));
if (sp->semp == SEM_FAILED) {
free(sp);
return(NULL);
}
sem_unlink(sp->name);
return(sp);
}
void s_free(struct slock *sp)
{
sem_close(sp->semp);
free(sp);
}
int s_lock(struct slock *sp)
{
return(sem_wait(sp->semp));
}
int s_trylock(struct slock *sp)
{
return(sem_trywait(sp->semp));
}
int s_unlock(struct slock *sp)
{
return(sem_post(sp->semp));
}
生产者消费者信号量模型
/*信号量实现 生产者 消费者问题*/
#include
#include
#include
#include
#include
#define NUM 5
int queue[NUM]; //全局数组实现环形队列
sem_t blank_number, product_number; //空格子信号量, 产品信号量
void *producer(void *arg)
{
int i = 0;
while (1) {
sem_wait(&blank_number); //生产者将空格子数--,为0则阻塞等待
queue[i] = rand() % 1000 + 1; //生产一个产品
printf("----Produce---%d\n", queue[i]);
sem_post(&product_number); //将产品数++
i = (i+1) % NUM; //借助下标实现环形
sleep(rand()%3);
}
}
void *consumer(void *arg)
{
int i = 0;
while (1) {
sem_wait(&product_number); //消费者将产品数--,为0则阻塞等待
printf("-Consume---%d\n", queue[i]);
queue[i] = 0; //消费一个产品
sem_post(&blank_number); //消费掉以后,将空格子数++
i = (i+1) % NUM;
sleep(rand()%3);
}
}
int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t pid, cid;
sem_init(&blank_number, 0, NUM); //初始化空格子信号量为5
sem_init(&product_number, 0, 0); //产品数为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;
} 进程间同步
进程间也可以使用互斥锁， 来达到同步的目的。但应在 pthread_mutex_init 初始化之前， 修改其属性为进程间
共享。 mutex 的属性修改函数主要有以下几个。
主要应用函数：
pthread_mutexattr_t mattr 类型： 用于定义 mutex 锁的【属性】
pthread_mutexattr_init 函数： 初始化一个 mutex 属性对象
int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);
pthread_mutexattr_destroy 函数： 销毁 mutex 属性对象 (而非销毁锁)
int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);
pthread_mutexattr_setpshared 函数： 修改 mutex 属性。
int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr, int pshared);
参 2： pshared 取值：
线程锁： PTHREAD_PROCESS_PRIVATE (mutex 的默认属性即为线程锁，进程间私有)
进程锁： PTHREAD_PROCESS_SHARED
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
struct mt {
int num;
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutexattr_t mutexattr;
};
int main(void)
{
int i;
struct mt *mm;
pid_t pid;
/*
int fd = open("mt_test", O_CREAT | O_RDWR, 0777);
ftruncate(fd, sizeof(*mm));
mm = mmap(NULL, sizeof(*mm), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
close(fd);
unlink("mt_test");
*/
mm = mmap(NULL, sizeof(*mm), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANON, -1, 0);
memset(mm, 0, sizeof(*mm));
pthread_mutexattr_init(&mm->mutexattr); //初始化mutex属性对象
pthread_mutexattr_setpshared(&mm->mutexattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED); //修改属性为进程间共享
pthread_mutex_init(&mm->mutex, &mm->mutexattr); //初始化一把mutex琐
pid = fork();
if (pid == 0) {
for (i = 0; i < 10; i++) {
pthread_mutex_lock(&mm->mutex);
(mm->num)++;
pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);
printf("-child----------num++ %d\n", mm->num);
}
} else if (pid > 0) {
for ( i = 0; i < 10; i++) {
// sleep(1);
pthread_mutex_lock(&mm->mutex);
mm->num += 2;
pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);
printf("-------parent---num+=2 %d\n", mm->num);
}
wait(NULL);
}
pthread_mutexattr_destroy(&mm->mutexattr); //销毁mutex属性对象
pthread_mutex_destroy(&mm->mutex); //销毁mutex
munmap(mm,sizeof(*mm)); //释放映射区
return 0;
} 文件锁
借助 fcntl 函数来实现锁机制。 操作文件的进程没有获得锁时，可以打开，但无法执行 read、 write 操作。
fcntl 函数： 获取、设置文件访问控制属性。
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ ); 参 2：
F_SETLK (struct flock *) 设置文件锁（trylock）
F_SETLKW (struct flock *) 设置文件锁（lock） W --> wait
F_GETLK (struct flock *) 获取文件锁
参 3：
struct flock {
...
short l_type; 锁的类型： F_RDLCK 、 F_WRLCK 、 F_UNLCK
short l_whence; 偏移位置： SEEK_SET、 SEEK_CUR、 SEEK_END
off_t l_start; 起始偏移： 1000
off_t l_len; 长度： 0 表示整个文件加锁
pid_t l_pid; 持有该锁的进程 ID： (F_GETLK only)
...
};
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void sys_err(char *str)
{
perror(str);
exit(1);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
struct flock f_lock;
if (argc < 2) {
printf("./a.out filename\n");
exit(1);
}
if ((fd = open(argv[1], O_RDWR)) < 0)
sys_err("open");
f_lock.l_type = F_WRLCK; /*选用写琐*/
// f_lock.l_type = F_RDLCK; /*选用读琐*/
f_lock.l_whence = SEEK_SET;
f_lock.l_start = 0;
f_lock.l_len = 0; /* 0表示整个文件加锁 */
fcntl(fd, F_SETLKW, &f_lock);
printf("get flock\n");
sleep(10);
f_lock.l_type = F_UNLCK;
fcntl(fd, F_SETLKW, &f_lock);
printf("un flock\n");
close(fd);
return 0;
}
依然遵循“读共享、写独占”特性。但！如若进程不加锁直接操作文件，依然可访问成功，但数据势必会出现混乱。
多线程间共享文件描述符，而给文件加锁，是通过修改文件描述符所指向的文件结构体中的成员变量来实现的。因此，多线程中无法使用文件锁。
哲学家用餐模型分析
多线程版：
#include
#include
#include
#include
pthread_mutex_t m[5];
void *tfn(void *arg)
{
int i, l, r;
srand(time(NULL));
i = (int)arg;
if (i == 4)
l = 0, r = i;
else
l = i; r = i+1;
while (1) {
pthread_mutex_lock(&m[l]);
if (pthread_mutex_trylock(&m[r]) == 0) {
printf("\t%c is eating \n", 'A'+i);
pthread_mutex_unlock(&m[r]);
}
pthread_mutex_unlock(&m[l]);
sleep(rand() % 5);
}
return NULL;
}
int main(void)
{
int i;
pthread_t tid[5];
for (i = 0; i < 5; i++)
pthread_mutex_init(&m[i], NULL);
for (i = 0; i < 5; i++)
pthread_create(&tid[i], NULL, tfn, (void *)i);
for (i = 0; i < 5; i++)
pthread_join(tid[i], NULL);
for (i = 0; i < 5; i++)
pthread_mutex_destroy(&m[i]);
return 0;
} 多进程版
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(void)
{
int i;
pid_t pid;
sem_t *s;
s = mmap(NULL, sizeof(sem_t)*5, PROT_READ|PROT_WRITE,
MAP_SHARED|MAP_ANON, -1, 0);
if (s == MAP_FAILED) {
perror("fail to mmap");
exit(1);
}
for (i = 0; i < 5; i++)
sem_init(&s[i], 0, 1); //信号量初值制定为1，信号量，变成了互斥锁
for (i = 0; i < 5; i++)
if ((pid = fork()) == 0)
break;
if (i < 5) { //子进程
int l, r;
srand(time(NULL));
if (i == 4)
l = 0, r = 4;
else
l = i, r = i+1;
while (1) {
sem_wait(&s[l]);
if (sem_trywait(&s[r]) == 0) {
printf(" %c is eating\n", 'A'+i);
sem_post(&s[r]);
}
sem_post(&s[l]);
sleep(rand() % 5);
}
exit(0);
}
for (i = 0; i < 5; i++)
wait(NULL);
for (i = 0; i < 5; i++)
sem_destroy(&s[i]);
munmap(s, sizeof(sem_t)*5);
return 0;
}