Day08 Liunx高级系统设计9-线程间同步与互斥
引入
经过昨天的学习 , 我们会使用线程
但是当多个线程同时操作同一个数据会导致数据安全问题
为了解决该问题 , 我们需要对其进行更加深入的学习
解决思路
保证多个线程不能同时操作同一个数据
同步与互斥的概念
互斥：同一时间，只能有一个任务（进程或线程）执行，谁先执行不确定。
同步：同一时间，只能有一个任务（进程或线程）执行，有顺序的执行。
同步 是特殊的互斥。
锁
作用
用于线程的互斥。
互斥锁是一种简单的加锁的方法来控制对共享资源的访问。
互斥锁只有两种状态 , 即加锁 ( lock ) 和解锁（ unlock ）。
帮助文档
1 ）在访问共享资源后临界区域前，对互斥锁进行加锁。
2 ）在访问完成后释放互斥锁导上的锁。
3 ）对互斥锁进行加锁后，任何其他试图再次对互斥锁加锁的线程将会被阻塞，直到锁
被释放。
注意 : 多个线程互斥锁要是同一个
互斥锁的数据类型是 :pthread_mutex_t
互斥锁
概念：
用于线程的互斥。
互斥锁是一种简单的加锁的方法来控制对共享资源的访问。
互斥锁只有两种状态 , 即加锁 ( lock ) 和解锁（ unlock ）。
操作原理
1 ）在访问共享资源后临界区域前，对互斥锁进行加锁。
2 ）在访问完成后释放互斥锁导上的锁。
3 ）对互斥锁进行加锁后，任何其他试图再次对互斥锁加锁的线程将会被阻塞，直到锁
被释放。
注意 : 多个线程互斥锁要是同一个
互斥锁的数据类型是 :pthread_mutex_t
初始化
作用 : 初始化互斥锁
所需头文件
#include
函数
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);
参数：
mutex：互斥锁地址。类型是 pthread_mutex_t 。
attr：设置互斥量的属性，通常可采用默认属性，即可将 attr 设为 NULL 。
可以使用宏PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 静态初始化互斥锁 , 比如：
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
这种方法等价于使用 NULL 指定的 attr 参数调用 pthread_mutex_init() 来完成动态初始化，不同之处在于 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 宏不进行错误检查。
返回值：
成功：0 ，成功申请的锁默认是打开的。
失败：非 0 错误
示例
#include
#include
#include
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 动态获取互斥锁,推荐
pthread_mutex_t lock;
pthread_mutex_init(&lock, NULL);
// 静态获取互斥锁,声明与赋值必须同时进程
pthread_mutex_t lock02 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_destroy(&lock);
pthread_mutex_destroy(&lock02);
return 0;
} 销毁
作用 : 销毁互斥锁 , 互斥锁在使用完毕后，必须要对互斥锁进行销毁，以释放资源。
函数
所需头文件
#include
函数
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
参数：
mutex：互斥锁地址。
返回值 :
成功：0
失败：非 0 错误码
示例
#include
#include
#include
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 动态获取互斥锁,推荐
pthread_mutex_t lock;
pthread_mutex_init(&lock, NULL);
// 静态获取互斥锁
pthread_mutex_t lock02 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_destroy(&lock);
pthread_mutex_destroy(&lock02);
return 0;
} 上锁
作用 : 对互斥锁上锁，若互斥锁已经上锁，则调用者阻塞，直到互斥锁解锁后再上锁。
函数
所需头文件
#include
函数
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
参数：
mutex：互斥锁地址。
返回值：
成功：0
失败：非 0 错误码
解锁
作用 : 对指定的互斥锁解锁。
函数
所需头文件
#include
函数
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
参数：
mutex：互斥锁地址。
返回值：
成功：0
失败：非 0 错误码
案例1:错误演示
#include
#include
#include
#include
void *tick(void *arg)
{
static int num = 100;
while (num > 0)
{
num--;
sleep(0.1);
printf("线程%ld销售了一张票,还剩%d张\n", pthread_self(), num);
}
return NULL;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
pthread_t p1, p2, p3, p4;
pthread_create(&p1, NULL, tick, NULL);
pthread_create(&p2, NULL, tick, NULL);
pthread_create(&p3, NULL, tick, NULL);
pthread_create(&p4, NULL, tick, NULL);
pthread_join(p1, NULL);
pthread_join(p2, NULL);
pthread_join(p3, NULL);
pthread_join(p4, NULL);
return 0;
} 案例2:加锁后
#include
#include
#include
#include
int ticket = 100;
pthread_mutex_t lock;
// pthread_cond_t cond;
void *sale(void *name)
{
while(ticket > 0)
{
pthread_mutex_lock(&lock);
if(ticket <= 0)
{
pthread_mutex_unlock(&lock);
break;
}
ticket--;
sleep(0.5);
printf("%s售卖了一张船票,还剩%d张船票\n",(char *)name,ticket);
pthread_mutex_unlock(&lock);
}
return NULL;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
pthread_mutex_init(&lock,NULL);//初始化
pthread_t tid1,tid2,tid3,tid4;
pthread_create(&tid1,NULL,sale,"一号窗口");
pthread_create(&tid2,NULL,sale,"二号窗口");
pthread_create(&tid3,NULL,sale,"三号窗口");
pthread_create(&tid3,NULL,sale,"四号窗口");
pthread_join(tid1,NULL);
pthread_join(tid2,NULL);
pthread_join(tid3,NULL);
pthread_join(tid4,NULL);
pthread_mutex_destroy(&lock);
return 0;
} 死锁
概念 : 多个线程互相持有对方所需的锁资源
结果 : 程序无法向下运行 , 所以不会结束 , 但又不能执行代码
总结 : 避免死锁
代码：
#include
#include
#include
#include
pthread_mutex_t lockA, lockB;
void *testA(void *argv)
{
pthread_mutex_lock(&lockA);
printf("线程%ld进入锁A中\n", pthread_self());
sleep(1);
pthread_mutex_lock(&lockB);
printf("线程%ld进入锁B中\n", pthread_self());
sleep(1);
pthread_mutex_unlock(&lockA);
pthread_mutex_unlock(&lockB);
return NULL;
}
void *testB(void *argv)
{
pthread_mutex_lock(&lockB);
printf("线程%ld进入锁B中\n", pthread_self());
sleep(1);
pthread_mutex_lock(&lockA);
printf("线程%ld进入锁A中\n", pthread_self());
sleep(1);
pthread_mutex_unlock(&lockA);
pthread_mutex_unlock(&lockB);
return NULL;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
pthread_mutex_init(&lockA, NULL);
pthread_mutex_init(&lockB, NULL);
pthread_t t1, t2;
pthread_create(&t1, NULL, testA, NULL);
pthread_create(&t2, NULL, testB, NULL);
pthread_join(t1, NULL);
pthread_join(t2, NULL);
pthread_mutex_destroy(&lockB);
pthread_mutex_destroy(&lockA);
printf("主线程OVER\n");
return 0;
} 读写锁
概述
一个特殊的锁
含有读写两种互斥锁
其中读读不互斥 , 读写互斥 , 写写互斥
在使用多个线程对同一个数据进行读写时建议使用
读写锁的数据类型是： pthread_rwlock_t
经验 :
如果只有两个线程 , 一个读 , 一个写 , 此时没必要使用读写锁 , 普通的互斥锁也是可以的
初始化
作用：
用来初始化 rwlock 所指向的读写锁。
函数
所需头文件
#include
函数
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,
const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
参数：
rwlock：指向要初始化的读写锁指针。
attr：读写锁的属性指针。如果 attr 为 NULL 则会使用默认的属性初始化读写锁，否则使用指定的 attr 初始化读写锁。
可以使用宏 PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER 静态初始化互斥锁 , 比如：
pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;
返回值：
成功：0 ，读写锁的状态将成为已初始化和已解锁。
失败：非 0 错误码
示例
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 动态初始化,推荐
pthread_rwlock_t rwlock01;
pthread_rwlock_init(&rwlock01, NULL);
// 静态初始化,不建议使用,声明与复制必须同时进行
pthread_rwlock_t rwlock02 = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;
return 0;
}
// 注意:vscode编写时不会提示,需要手动编写 销毁
作用
用于销毁一个读写锁，并释放所有相关联的资源（所谓的所有指的是由
pthread_rwlock_init() 自动申请的资源）
函数
所需头文件
#include
函数
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
参数：
rwlock：读写锁指针。
返回值：
成功：0
失败：非 0 错误码
示例：
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char const *argv[])
{
//动态初始化,推荐
pthread_rwlock_t rwlock01;
pthread_rwlock_init(&rwlock01,NULL);
//静态初始化,不建议使用,声明与复制必须同时进行
pthread_rwlock_t rwlock02 = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;
pthread_rwlock_destroy(&rwlock01);
pthread_rwlock_destroy(&rwlock02);
return 0;
} 申请读锁
作用
以阻塞方式在读写锁上获取读锁（读锁定）。
如果没有写者持有该锁，并且没有写者阻塞在该锁上，则调用线程会获取读锁。
如果调用线程未获取读锁，则它将阻塞直到它获取了该锁。一个线程可以在一个读写锁上多次执行读锁定。
线程可以成功调用 pthread_rwlock_rdlock() 函数 n 次，但是之后该线程必须调用pthread_rwlock_unlock() 函数 n 次才能解除锁定。
函数 1
所需头文件
#include
函数
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
参数：
rwlock：读写锁指针。
返回值：
成功：0
失败：非 0 错误码
函数 2
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
参数：
rwlock：读写锁指针。
用于尝试以非阻塞的方式来在读写锁上获取读锁。
如果有任何的写者持有该锁或有写者阻塞在该读写锁上，则立即失败返回。
申请写锁
作用
在读写锁上获取写锁（写锁定）。
如果没有写者持有该锁，并且没有写者读者持有该锁，则调用线程会获取写锁。
如果调用线程未获取写锁，则它将阻塞直到它获取了该锁。
函数1
所需头文件
#include
函数
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
参数：
rwlock：读写锁指针。
返回值：
成功：0
失败：非 0 错误码
函数 2
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
用于尝试以非阻塞的方式来在读写锁上获取写锁。
如果有任何的读者或写者持有该锁，则立即失败返回。
释放读写锁
作用
无论是读锁或写锁，都可以通过此函数解锁。
函数
所需头文件
#include
函数
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
参数：
rwlock：读写锁指针。
返回值：
成功：0
失败：非 0 错误码
案例
#include
#include
#include
#include
#include
#include
pthread_rwlock_t rwlock;
// 多线程公共读写数据
int num = 0;
void *writeNum(void *x)
{
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
sleep(2);
num = rand() % 100;
printf("线程%ld写入后num=%d\n", pthread_self(), num);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
return NULL;
}
void *readNum(void *argv)
{
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
sleep(2);
printf("线程%ld读取到的num=%d\n", pthread_self(), num);
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
return NULL;
}
void closeThread(pthread_t ps[], int len)
{
int i;
for (i = 0; i < len; i++)
{
pthread_t t = ps[i];
pthread_join(t, NULL);
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 初始化读写锁
pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
// 设置随机数种子
srand(time(NULL));
// 声明3个线程写
pthread_t tw[3];
for (int i = 10; i < 13; i++)
{
pthread_create(&tw[i - 10], NULL, writeNum, NULL);
}
// 声明10个线程读
pthread_t tr[10];
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
pthread_create(&tr[i], NULL, readNum, NULL);
}
int wlen = sizeof(tw) / sizeof(pthread_t);
closeThread(tw, wlen);
int rlen = sizeof(tw) / sizeof(pthread_t);
closeThread(tr, rlen);
pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
return 0;
} 条件变量
概述
与互斥锁不同，条件变量是用来等待而不是用来上锁的，条件变量本身不是锁！
条件变量用来自动阻塞一个线程，直到某特殊情况发生为止。通常条件变量和互斥锁同时使用。
条件变量的两个动作：
条件不满足, 阻塞线程
当条件满足, 通知阻塞的线程开始工作
条件变量的类型 : pthread_cond_t 。
初始化
作用 :
初始化一个条件变量
函数
所需头文件
#include
函数
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,
const pthread_condattr_t *restrict attr);
参数：
cond：指向要初始化的条件变量指针。
attr：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;
返回值：
成功：0
失败：非 0 错误号
释放
作用
销毁一个条件变量
函数
所需头文件
#include
函数
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
参数：
cond：指向要初始化的条件变量指针
返回值：
成功：0
失败：非 0 错误
等待条件满足
作用
阻塞等待一个条件变量
a) 阻塞等待条件变量 cond （参 1 ）满足
b) 释放已掌握的互斥锁（解锁互斥量）相当于 pthread_mutex_unlock(&mutex);
a) b) 两步为一个原子操作。 ( 原子操作即中间不能插入其他操作 )
c) 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);
函数
所需头文件
#include
函数
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict
cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);
参数：
cond：指向要初始化的条件变量指针
mutex：互斥锁
返回值：
成功：0
失败：非 0 错误号
函数 ( 了解 )
所需头文件
#include
函数
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex,
const struct timespec *restrict abstime);
功能：
限时等待一个条件变量
参数：
cond：指向要初始化的条件变量指针
mutex：互斥锁
abstime：绝对时间
返回值：
成功：0
失败：非 0 错误号
唤醒等待
函数:
所需头文件
#include
函数
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
功能：
唤醒至少一个阻塞在条件变量上的线程
参数
cond:指向要初始化的条件变量指
返回值
成功：0
失败：非 0 错误号
函数 : 唤醒所有
所需头文件
#include
函数
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
功能：
唤醒全部阻塞在条件变量上的线程
参数：
cond:指向要初始化的条件变量指针
返回值：
成功：0
失败：非 0 错误号
案例1:条件变量基本演示
#include
#include
#include
// 声明互斥锁
pthread_mutex_t lock;
// 声明条件变量
pthread_cond_t cond;
void *test01()
{
pthread_mutex_lock(&lock);
printf("线程%ld陷入休眠\n", pthread_self());
pthread_cond_wait(&cond, &lock);
printf("线程%ld被唤醒\n", pthread_self());
pthread_mutex_unlock(&lock);
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 声明线程
pthread_t t01, t02;
// 初始化互斥锁
pthread_mutex_init(&lock, NULL);
// 初始化条件变量
pthread_cond_init(&cond, NULL);
// 创建线程
pthread_create(&t01, NULL, test01, NULL);
pthread_create(&t02, NULL, test01, NULL);
sleep(5);
// 随机唤醒一个
// pthread_cond_signal(&cond);
// 唤醒所有
pthread_cond_broadcast(&cond);
// 销毁显示
pthread_join(t01, NULL);
pthread_join(t02, NULL);
// 释放互斥锁
pthread_mutex_destroy(&lock);
// 释放条件变量
pthread_cond_destroy(&cond);
return 0;
} 案例2:生产者与消费者模式
#include
#include
#include
#include
#include
#include
// 声明互斥锁
pthread_mutex_t lock;
// 声明条件变量
pthread_cond_t cond;
// 声明记录库存数量的变量
int num = 0;
// 声明生产的方法
void *produce(void *argv);
// 声明销售的方法
void *sale(void *argv);
// 声明释放线程的方法
void closeThread(pthread_t ts[], int len)
{
for (int i = 0; i < len; i++)
{
pthread_join(ts[i], NULL);
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
srand(time(NULL));
// 初始化互斥锁
pthread_mutex_init(&lock, NULL);
// 初始化条件变量
pthread_cond_init(&cond, NULL);
// 声明生产者线程组
pthread_t ps[3];
// 声明销售者线程组
pthread_t ss[5];
// 创建线程并执行
int i;
for (i = 0; i < 3; i++)
{
pthread_create(&ps[i], NULL, produce, NULL);
}
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
pthread_create(&ps[i], NULL, sale, NULL);
}
// 释放生产者线程
int plen = sizeof(ps) / sizeof(pthread_t);
closeThread(ps, plen);
// 释放消费者线程
int slen = sizeof(ss) / sizeof(pthread_t);
closeThread(ss, slen);
// 释放互斥锁
pthread_mutex_destroy(&lock);
// 释放条件变量
pthread_cond_destroy(&cond);
return 0;
}
void *produce(void *argv)
{
while (1)
{
pthread_mutex_lock(&lock);
while (num >= 10)
{
printf("库存已满,线程%ld停止生产\n", pthread_self());
pthread_cond_wait(&cond, &lock);
}
num++;
printf("线程%ld生产了一个商品,当前库存数量为:%d\n",pthread_self(),num);
pthread_cond_broadcast(&cond);
pthread_mutex_unlock(&lock);
sleep(1);
}
return NULL;
}
void *sale(void *argv)
{
while (1)
{+
pthread_mutex_lock(&lock);
while (num <= 0)
{
printf("库存为0,线程%ld停止销售\n", pthread_self());
pthread_cond_wait(&cond, &lock);
}
num--;
printf("线程%ld销售了一个商品,当前库存数量为:%d\n",pthread_self(),num);
pthread_cond_broadcast(&cond);
pthread_mutex_unlock(&lock);
int t = rand()%5;
sleep(t);
}
} 信号量
概述
信号量广泛用于进程或线程间的同步和互斥 , 信号量本质上是一个非负的整数计数器 , 它被用来控制对公共资源的访问
当信号量值大于 0 时，则可以访问 , 否则将阻塞 .
PV 原语是对信号量的操作 , 一次 P 操作使信号量减１，一次 V 操作使信号量加 1.
信号量数据类型为： sem_t
信号量API
初始化信号量
所需头文件
#include
函数
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value)
功能：
创建一个信号量并初始化它的值。一个无名信号量在被使用前必须先初始化。
参数：
sem：信号量的地址
pshared：等于 0 ，信号量在线程间共享（常用）；不等于 0 ，信号量在进程间共享。
value ：信号量的初始值
返回值：
成功：0
失败： - 1
p操作-信号量-1
所需头文件
#include
函数
int sem_wait(sem_t *sem);
功能 :
将信号量减一, 如果信号量的值为 0 则阻塞 , 大于 0 可以减一
参数 :
信号量的地址
返回值 :
成功返回 0
失败返回 -1
v操作-信号量+1
所需头文件
#include
函数
int sem_post(sem_t *sem);
功能 :
将信号量加一
参数 :
信号量的地址
返回值 :
成功返回 0
失败返回-1
销毁信号量
所需头文件
#include
函数
int sem_destroy(sem_t *sem);
功能 :
销毁信号量
参数 :
信号量的地址
返回值 :
成功返回 0
失败返回 -1
线程间
信号量完成互斥
思路
不管有多少个任务，只要是互斥，只要一个信号量，并且初始化 1.
当任务 x 开始时 , 让信号量进行 p 操作 , 此时信号量为 0, 其他任务此时就会被阻塞 , 当任务 x结束时让任务, 让信号量 v 操作 , 这样别的任务就可以执行了
示例：
#include
#include
#include
#include
sem_t sem;
void *printstr(void *argv)
{
sem_wait(&sem);
char *str = (char *)argv;
int i = 0;
while (str[i] != '\0')
{
printf("%c\n", str[i]);
i++;
sleep(1);
}
sem_post(&sem);
return NULL;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 初始化信号量,0表示线程 1初始值
sem_init(&sem, 0, 1);
pthread_t t01, t02, t03;
pthread_create(&t01, NULL, printstr, "HELLO");
pthread_create(&t02, NULL, printstr, "c++");
pthread_create(&t03, NULL, printstr, "Java");
pthread_join(t01, NULL);
pthread_join(t02, NULL);
pthread_join(t03, NULL);
// 释放信号量
sem_destroy(&sem);
return 0;
} 信号量完成同步
思路
有几个任务就需要有几个信号量，先执行为任务的信号初始化为 1 ，其他信号量初始化为0 ，所有任务P(-1) 自己的信号， V(+1) 下一个任务的信号量。
示例：
#include
#include
#include
#include
sem_t s01, s02, s03;
void *print01(void *argv)
{
sem_wait(&s01);
printf("线程1输入\n");
sem_post(&s02);
return NULL;
}
void *print02(void *argv)
{
sem_wait(&s02);
printf("线程2输入\n");
sem_post(&s03);
return NULL;
}
void *print03(void *argv)
{
sem_wait(&s03);
printf("线程3输入\n");
sem_post(&s01);
return NULL;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
sem_init(&s01, 0, 1);
sem_init(&s02, 0, 0);
sem_init(&s03, 0, 0);
pthread_t t01, t02, t03;
pthread_create(&t01, NULL, print01, NULL);
pthread_create(&t02, NULL, print02, NULL);
pthread_create(&t03, NULL, print03, NULL);
pthread_join(t01, NULL);
pthread_join(t02, NULL);
pthread_join(t03, NULL);
sem_destroy(&s01);
sem_destroy(&s02);
sem_destroy(&s03);
return 0;
} 进程间
无名信号量
概述
无名信号量用于 有血缘关系进程间的同步互斥。
mmap 创建无名信号量 ( 也可以通过别的方式 ) ：
#include
#include
//MAP_ANONYMOUS 匿名映射 ( 映射没有任何文件支持；其内容被初始化为零。 ) -1 不需要文件描述符
sem_t *sem = mmap(NULL,sizeof(sem_t), PROT_READ|PROT_WRITE,
MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
有血缘进程的互斥 : 案例 1
#include
#include
#include //信号量
#include //mmap
#include //wait
void print_string(void *str)
{
char *p = (char *)str;
int i = 0;
while (p[i] != '\0')
{
printf("%c", p[i++]);
fflush(stdout);
sleep(1);
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 创建无名信号量
// MAP_ANONYMOUS匿名映射 -1不需要文件描述符
sem_t *sem = mmap(NULL, sizeof(sem_t), PROT_READ | PROT_WRITE,
MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
// 初始化信号量 1表示作用于进程 1初始值
sem_init(sem, 1, 1);
pid_t pid = fork();
if (pid == 0) // 子进程
{
// p 操作
sem_wait(sem);
print_string("ni hao");
// V 操作
sem_post(sem);
_exit(-1);
}
else if (pid > 0) // 父进程
{
// p 操作
sem_wait(sem);
print_string("hello world");
// V 操作
sem_post(sem);
wait(NULL);
}
// 销毁信号量
sem_destroy(sem);
return 0;
} 有血缘进程间互斥 : 案例 2
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void printStr(char *str)
{
int i = 0;
while (str[i] != '\0')
{
printf("%c\n", str[i]);
fflush(stdout);
i++;
sleep(1);
}
printf("\n");
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 通过mmap(磁盘映射)创建有缘信号量
sem_t *sem = (sem_t *)mmap(NULL, // 映射区域地址,给NULL内核会自己选择合适的区域
sizeof(sem_t), // 映射区域大学
PROT_READ | PROT_WRITE, // 权限:可读,可写
MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, // 文件标识符,当标志位有MAP_ANONYMOUS,文件标识符必须为-1
0); // 偏移量
// 初始化信号量
// 1参:要初始化的信号量指针
// 2参:0线程间共享,非0进程间共享
// 3参:信号量初始值
sem_init(sem, 1, 1);
int i = 0;
for (i = 0; i < 2; i++)
{
pid_t pid = fork();
if (pid == 0)
{
printf("进程%d被创建了\n", getpid());
break;
}
}
if (i == 0)
{
// 子进程1
// p操作,信号量-1
sem_wait(sem);
printStr("hello");
sem_post(sem);
_exit(-1);
}
else if (i == 1)
{
// 子进程2
sem_wait(sem);
printStr("c++");
sem_post(sem);
_exit(-1);
}
else if (i == 2)
{
// 父进程
while (1)
{
//-1,等待任意子进程结束回收,
// WNOHANG:不阻塞
// 返回值:被回收的子进程id
pid_t pid = waitpid(-1, NULL, WNOHANG);
if (pid > 1)
{
printf("进程%d,被回收了\n", pid);
}
else if (pid == 0)
{
// 当pid为0说明当前并没有回收到子进程,还有子进程在运行
continue;
}
else if (pid < 0)
{
// 当pid小于0说明当前父进程中已经没有子进程了
break;
}
}
// 销毁信号量
sem_destroy(sem);
}
getchar();
return 0;
} 有血缘进程间同步
#include
#include
#include //信号量
#include //mmap
#include //wait
void print_string(void *str)
{
char *p = (char *)str;
int i = 0;
while (p[i] != '\0')
{
printf("%c", p[i++]);
fflush(stdout);
sleep(1);
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 创建无名信号量
// MAP_ANONYMOUS匿名映射 -1不需要文件描述符
sem_t *sem1 = (sem_t *)mmap(NULL, sizeof(sem_t), PROT_READ | PROT_WRITE,
MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
sem_t *sem2 = (sem_t *)mmap(NULL, sizeof(sem_t), PROT_READ | PROT_WRITE,
MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
// 初始化信号量 1表示作用于进程 1初始值
sem_init(sem1, 1, 1);
sem_init(sem2, 1, 0);
pid_t pid = fork();
if (pid == 0) // 子进程
{
// p 操作
sem_wait(sem1);
print_string("ni hao");
// V 操作
sem_post(sem2);
_exit(-1);
}
else if (pid > 0) // 父进程
{
// p 操作
sem_wait(sem2);
print_string("hello world");
// V 操作
sem_post(sem1);
wait(NULL);
}
// 销毁信号量
sem_destroy(sem1);
sem_destroy(sem2);
return 0;
} 有名信号量
概述
有名信号量用于无血缘关系进程间的同步互斥。
相关 api
所需头文件
#include /* For O_* constants */
#include /* For mode constants */
#include
函数
//信号量存在
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag);
//信号量不存在
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag,mode_t mode, unsigned int value);
Link with -pthread.
功能：创建一个有名信号量。
参数：
name:信号量的标识符 , 建议以 / 开始 ( 存储在 /dev/shm 目录下 )
oflag:和 open 函数的 flag 一致
mode:磁盘权限 0666
value:信号量的初始值
返回值：
成功就是信号量的地址
失败为NULL
#include
int sem_close(sem_t *sem);
Link with -pthread
功能 : 关闭信号量
参数 :
信号量地址
#include
int unlink(const char *pathname);
功能 : 删除文件
参数 :
文件地址
返回值 :
成功返回 0
失败返回-1
无血缘进程互斥
// 18_codeA.c
#include
#include
#include
#include
#include
void printStr(char *str)
{
int i = 0;
while (str[i] != '\0')
{
printf("%c\n", str[i]);
i++;
sleep(1);
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
sem_t *sem = sem_open("sem", O_RDWR | O_CREAT, 0666, 1);
sem_wait(sem);
printStr("hello 123");
sem_post(sem);
sem_close(sem);
sem_destroy(sem);
return 0;
}
// 18_codeB.c
#include
#include
#include
#include
#include
void printStr(char *str)
{
int i = 0;
while (str[i] != '\0')
{
printf("%c\n", str[i]);
i++;
sleep(1);
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
sem_t *sem = sem_open("sem", O_RDWR | O_CREAT, 0666, 1);
sem_wait(sem);
printStr("Hi C++");
sem_post(sem);
sem_close(sem);
sem_destroy(sem);
return 0;
} 有血缘进程同步
// 19_codeA.c
#include /* For O_* constants */
#include /* For mode constants */
#include
#include
#include
void print_string(void *str)
{
char *p = (char *)str;
int i = 0;
while (p[i] != '\0')
{
printf("%c", p[i++]);
fflush(stdout);
sleep(1);
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 创建一个有名信号量
sem_t *sem1 = sem_open("sem1", O_RDWR | O_CREAT, 0666, 1);
sem_t *sem2 = sem_open("sem2", O_RDWR | O_CREAT, 0666, 0);
// P 操作
sem_wait(sem1);
print_string("nihao xian");
// V 操作
sem_post(sem2);
// 关闭信号量
sem_close(sem1);
sem_close(sem2);
// 销毁信号
sem_destroy(sem1);
sem_destroy(sem2);
return 0;
}
// 19_codeB.c
#include /* For O_* constants */
#include /* For mode constants */
#include
#include
#include
void print_string(void *str)
{
char *p = (char *)str;
int i = 0;
while (p[i] != '\0')
{
printf("%c", p[i++]);
fflush(stdout);
sleep(1);
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 创建一个有名信号量
sem_t *sem1 = sem_open("sem1", O_RDWR | O_CREAT, 0666, 1);
sem_t *sem2 = sem_open("sem2", O_RDWR | O_CREAT, 0666, 0);
// P 操作
sem_wait(sem2);
print_string("hello world");
// V 操作
sem_post(sem1);
// 关闭信号量
sem_close(sem1);
sem_close(sem2);
// 销毁信号
sem_destroy(sem1);
sem_destroy(sem2);
return 0;
} 作业
1, 整理笔记
2, 交替打印 12A34B....5152Z
3, 完成龟兔赛跑 , 要乌龟赢
4, 生产者与消费者模式
5, 使用信号量完成先执行进程 1, 在执行进程 2, 在执行进程 3
两种情况 :
进程 1, 进程 2, 进程 3 有血缘关系
进程 1, 进程 2, 进程 3 无血缘关系
6,4 个人共同销售 1000 带方便面 , 要求解决其中的数据安全问题与超卖问题