Linux线程同步

Linux下提供了多种方式来处理线程同步，最常用的是互斥锁、条件变量和信号量。

Linux线程同步-----互斥锁(Mutex)

互斥锁(Mutex)

与信号处理函数一样，线程在访问全局资源时也会遇到非原子操作导致的冲突(可重入问题). 比如两个线程要对同一个寄存器加1， 并行访问时可能会导致只加了一次.
不可重入操作的特点时，输出不仅依赖于输入，还依赖于状态, 比如加1 依赖于状态，这个状态是寄存器原值. 访问状态和修改状态不是原子操作的话，就会导致并发冲突。

1. 初始化锁
   int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);
   其中参数 mutexattr 用于指定锁的属性（见下），如果为NULL则使用缺省属性。
   互斥锁的属性在创建锁的时候指定，在LinuxThreads实现中仅有一个锁类型属性，不同的锁类型在试图对一个已经被锁定的互斥锁加锁时表现不同。当前有四个值可供选择：
   （1）PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP，这是缺省值，也就是普通锁。当一个线程加锁以后，其余请求锁的线程将形成一个等待队列，并在解锁后按优先级获得锁。这种锁策略保证了资源分配的公平性。
   （2）PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP，嵌套锁，允许同一个线程对同一个锁成功获得多次，并通过多次unlock解锁。如果是不同线程请求，则在加锁线程解锁时重新竞争。
   （3）PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP，检错锁，如果同一个线程请求同一个锁，则返回EDEADLK，否则与PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP类型动作相同。这样就保证当不允许多次加锁时不会出现最简单情况下的死锁。
   （4）PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP，适应锁，动作最简单的锁类型，仅等待解锁后重新竞争。

2. 阻塞加锁
   int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);

3. 非阻塞加锁
   int pthread_mutex_trylock( pthread_mutex_t *mutex);
   该函数语义与 pthread_mutex_lock() 类似，不同的是在锁已经被占据时返回 EBUSY 而不是挂起等待。

4. 解锁（要求锁是lock状态,并且由加锁线程解锁）
   int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex *mutex);

5. 销毁锁（此时锁必需unlock状态,否则返回EBUSY）
   int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);

Linux线程同步条件变量（cond）

条件变量是利用线程间共享全局变量进行同步的一种机制。条件变量上的基本操作有：触发条件(当条件变为 true 时)；等待条件，挂起线程直到其他线程触发条件。

1. 初始化条件变量
   int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond,pthread_condattr_t *cond_attr);
   尽管POSIX标准中为条件变量定义了属性，但在Linux中没有实现，因此cond_attr值通常为NULL，且被忽略。

2. 有两个等待函数
   （1）无条件等待
   int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex);
   （2）计时等待
   int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex *mutex,const timespec *abstime);
   如果在给定时刻前条件没有满足，则返回ETIMEOUT，结束等待，其中abstime以与time()系统调用相同意义的绝对时间形式出现，0表示格林尼治时间1970年1月1日0时0分0秒。
   　
   无论哪种等待方式，都必须和一个互斥锁配合，以防止多个线程同时请求（用 pthread_cond_wait() 或 pthread_cond_timedwait() 请求）竞争条件（Race Condition）。mutex互斥锁必须是普通锁（PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP）或者适应锁（PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP），且在调用pthread_cond_wait()前必须由本线程加锁（pthread_mutex_lock()），而在更新条件等待队列以前，mutex保持锁定状态，并在线程挂起进入等待前解锁。在条件满足从而离开pthread_cond_wait()之前，mutex将被重新加锁，以与进入pthread_cond_wait()前的加锁动作对应。

3. 激发条件
   （1）激活一个等待该条件的线程（存在多个等待线程时按入队顺序激活其中一个）　　
   int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
   （2）激活所有等待线程
   int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

4. 销毁条件变量
   int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
   只有在没有线程在该条件变量上等待的时候才能销毁这个条件变量，否则返回EBUSY

说明：

1.pthread_cond_wait自动解锁互斥量(如同执行了pthread_unlock_mutex)，并等待条件变量触发。这时线程挂起，不占用CPU时间，直到条件变量被触发（变量为ture）。在调用 pthread_cond_wait之前，应用程序必须加锁互斥量。pthread_cond_wait函数返回前，自动重新对互斥量加锁(如同执行了pthread_lock_mutex)。

2. 互斥量的解锁和在条件变量上挂起都是自动进行的。因此，在条件变量被触发前，如果所有的线程都要对互斥量加锁，这种机制可保证在线程加锁互斥量和进入等待条件变量期间，条件变量不被触发。条件变量要和互斥量相联结，以避免出现条件竞争——个线程预备等待一个条件变量，当它在真正进入等待之前，另一个线程恰好触发了该条件（条件满足信号有可能在测试条件和调用pthread_cond_wait函数（block）之间被发出，从而造成无限制的等待）。

3. 条件变量函数不是异步信号安全的，不应当在信号处理程序中进行调用。特别要注意，如果在信号处理程序中调用 pthread_cond_signal或 pthread_cond_boardcast函数，可能导致调用线程死锁

Linux线程同步----- 信号量

如同进程一样，线程也可以通过信号量来实现通信，虽然是轻量级的。
线程使用的基本信号量函数有四个：

1. 初始化信号量
   int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);

• 参数：
  sem - 指定要初始化的信号量；
  pshared - 信号量 sem 的共享选项，linux只支持0，表示它是当前进程的局部信号量；
  value - 信号量 sem 的初始值。

2. 信号量值加1
   给参数sem指定的信号量值加1。
   int sem_post(sem_t *sem);

3. 信号量值减1
   给参数sem指定的信号量值减1。
   int sem_wait(sem_t *sem);
   如果sem所指的信号量的数值为0，函数将会等待直到有其它线程使它不再是0为止。

4. 销毁信号量
   销毁指定的信号量。
   int sem_destroy(sem_t *sem);