Linux多线程通信

线程通信

　　线程互斥

　　互斥意味着“排它”，即两个线程不能同时进入被互斥保护的代码。Linux下可以通过pthread_mutex_t 定义互斥体机制完成多线程的互斥操作，该机制的作用是对某个需要互斥的部分，在进入时先得到互斥体，如果没有得到互斥体，表明互斥部分被其它线程拥有，此时欲获取互斥体的线程阻塞，直到拥有该互斥体的线程完成互斥部分的操作为止。

　　下面的代码实现了对共享全局变量x 用互斥体mutex 进行保护的目的：

int x; // 进程中的全局变量 pthread_mutex_t mutex; pthread_mutex_init(&mutex, NULL); //按缺省的属性初始化互斥体变量mutex pthread_mutex_lock(&mutex); // 给互斥体变量加锁 … //对变量x 的操作 phtread_mutex_unlock(&mutex); // 给互斥体变量解除锁

　　线程同步

　　同步就是线程等待某个事件的发生。只有当等待的事件发生线程才继续执行，否则线程挂起并放弃处理器。当多个线程协作时，相互作用的任务必须在一定的条件下同步。

　　Linux下的C语言编程有多种线程同步机制，最典型的是条件变量(condition variable)。pthread_cond_init用来创建一个条件变量，其函数原型为：

pthread_cond_init (pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);

　　pthread_cond_wait和pthread_cond_timedwait用来等待条件变量被设置，值得注意的是这两个等待调用需要一个已经上锁的互斥体mutex，这是为了防止在真正进入等待状态之前别的线程有可能设置该条件变量而产生竞争。pthread_cond_wait的函数原型为：

pthread_cond_wait (pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);

　　pthread_cond_broadcast用于设置条件变量，即使得事件发生，这样等待该事件的线程将不再阻塞：

pthread_cond_broadcast (pthread_cond_t *cond) ;

　　pthread_cond_signal则用于解除某一个等待线程的阻塞状态：

pthread_cond_signal (pthread_cond_t *cond) ;

　　pthread_cond_destroy 则用于释放一个条件变量的资源。

　　在头文件semaphore.h 中定义的信号量则完成了互斥体和条件变量的封装，按照多线程程序设计中访问控制机制，控制对资源的同步访问，提供程序设计人员更方便的调用接口。

sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int val);

　　这个函数初始化一个信号量sem 的值为val，参数pshared 是共享属性控制，表明是否在进程间共享。

sem_wait(sem_t *sem);

　　调用该函数时，若sem为无状态，调用线程阻塞，等待信号量sem值增加(post )成为有信号状态；若sem为有状态，调用线程顺序执行，但信号量的值减一。

sem_post(sem_t *sem);

　　调用该函数，信号量sem的值增加，可以从无信号状态变为有信号状态。

     

 

4.实例

　　下面我们还是以名的生产者/消费者问题为例来阐述Linux线程的控制和通信。一组生产者线程与一组消费者线程通过缓冲区发生联系。生产者线程将生产的产品送入缓冲区，消费者线程则从中取出产品。缓冲区有N 个，是一个环形的缓冲池。

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #define BUFFER_SIZE 16 // 缓冲区数量 struct prodcons { // 缓冲区相关数据结构 int buffer[BUFFER_SIZE]; /* 实际数据存放的数组*/ pthread_mutex_t lock; /* 互斥体lock 用于对缓冲区的互斥操作 */ int readpos, writepos; /* 读写指针*/ pthread_cond_t notempty; /* 缓冲区非空的条件变量 */ pthread_cond_t notfull; /* 缓冲区未满的条件变量 */ }; /* 初始化缓冲区结构 */ void init(struct prodcons *b) { pthread_mutex_init(&b->lock, NULL); pthread_cond_init(&b->notempty, NULL); pthread_cond_init(&b->notfull, NULL); b->readpos = 0; b->writepos = 0; } /* 将产品放入缓冲区,这里是存入一个整数*/ void put(struct prodcons *b, int data) { pthread_mutex_lock(&b->lock); /* 等待缓冲区未满*/ if ((b->writepos + 1) % BUFFER_SIZE == b->readpos) { pthread_cond_wait(&b->notfull, &b->lock); } /* 写数据,并移动指针 */ b->buffer[b->writepos] = data; b->writepos++; if (b->writepos > = BUFFER_SIZE) b->writepos = 0; /* 设置缓冲区非空的条件变量*/ pthread_cond_signal(&b->notempty); pthread_mutex_unlock(&b->lock); } /* 从缓冲区中取出整数*/ int get(struct prodcons *b) { int data; pthread_mutex_lock(&b->lock); /* 等待缓冲区非空*/ if (b->writepos == b->readpos) { pthread_cond_wait(&b->notempty, &b->lock); } /* 读数据,移动读指针*/ data = b->buffer[b->readpos]; b->readpos++; if (b->readpos > = BUFFER_SIZE) b->readpos = 0; /* 设置缓冲区未满的条件变量*/ pthread_cond_signal(&b->notfull); pthread_mutex_unlock(&b->lock); return data; } /* 测试:生产者线程将1 到10000 的整数送入缓冲区,消费者线 程从缓冲区中获取整数,两者都打印信息*/ #define OVER ( - 1) struct prodcons buffer; void *producer(void *data) { int n; for (n = 0; n < 10000; n++) { printf("%d --->\n", n); put(&buffer, n); } put(&buffer, OVER); return NULL; } void *consumer(void *data) { int d; while (1) { d = get(&buffer); if (d == OVER) break; printf("--->%d \n", d); } return NULL; } int main(void) { pthread_t th_a, th_b; void *retval; init(&buffer); /* 创建生产者和消费者线程*/ pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0); pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0); /* 等待两个线程结束*/ pthread_join(th_a, &retval); pthread_join(th_b, &retval); return 0; }