LinuxC高级编程——线程间同步编程
宗旨：技术的学习是有限的，分享的精神是无限的。
多线程
一、 互斥锁mutex函数
多个线程同时访问共享数据时可能会冲突。对于多线程的程序，访问冲突的问题是很广泛的，解决的办法是引入互斥锁（Mutex， Mutual Exclusive Lock），得到锁的线程能够完成“读-修改-写”的操做，而后释放锁给其它线程，没有得到 锁的线程只能等待而不能访问共享数据，这样“读-修改-写”三步操做组成一个原子操做，要么都执行，要么都不执行，不会执行到中间被打断，也不会在其它处理器上并行作这个操做。Mutex用pthread_mutex_t类型的变量表示，能够这样初始化和销毁：post
#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，失败返回错误号。学习
pthread_mutex_init函数对Mutex作初始化，参数attr设定Mutex的属性，若是attr为NULL则表示缺省属性，用pthread_mutex_init函 数初始化的Mutex能够用pthread_mutex_destroy销毁。若是Mutex变量是静态分配的（全局变量 或static变量），也能够用宏定义PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER来初始化，至关于用pthread_mutex_init初始化而且attr参数为NULL。 Mutex的加锁和解锁操做能够用下列函数：spa
#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，失败返回错误号。线程
一个线程能够调用pthread_mutex_lock得到Mutex，若是这时另外一个线程已经调用pthread_mutex_lock得到了该Mutex，则当前线程须要挂起等待，直到另外一个线程调用pthread_mutex_unlock释放Mutex，当前线程被唤醒，才能得到该Mutex并继续执行。 若是一个线程既想得到锁，又不想挂起等待，能够调用pthread_mutex_trylock，若是Mutex已经被另外一个线程得到，这个函数会失败返回EBUSY，而不会使线程挂起等待。 rest
#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;
}
二、 条件变量code
线程A须要等某个条件成立才能继续往下执行，如今这个条件不成立，线程A就阻塞等待，而线程B在执行过程当中使这个条件成立了，就唤醒线程A继续执行。 在pthread库中经过条件变量（Condition Variable） 来阻塞等待一个条件，或者唤醒等待这个条件的线程。 Condition Variable用pthread_cond_t类型的变量表示，能够这样初始化和销毁：进程
#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，失败返回错误号。
和Mutex的初始化和销毁相似，pthread_cond_init函数初始化一个Condition Variable， attr参数 为NULL则表示缺省属性， pthread_cond_destroy函数销毁一个Condition Variable。若是Condition Variable是静态分配的，也能够用宏定义PTHEAD_COND_INITIALIZER初始化，至关于 用pthread_cond_init函数初始化而且attr参数为NULL。 Condition Variable的操做能够用下列函数：
#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，失败返回错误号。 可见，一个ConditionVariable老是和一个Mutex搭配使用的。一个线程能够调 用pthread_cond_wait在一个Condition Variable上阻塞等待，这个函数作如下三步操做：
1. 释放Mutex 2. 阻塞等待 3. 当被唤醒时，从新得到Mutex并返回.
pthread_cond_timedwait函数还有一个额外的参数能够设定等待超时，若是到达了abstime所指定的 时刻仍然没有别的线程来唤醒当前线程，就返回ETIMEDOUT。一个线程能够调 用pthread_cond_signal唤醒在某个Condition Variable上等待的另外一个线程，也能够调用pthread_cond_broadcast唤醒在这个Condition Variable上等待的全部线程。
#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;
}
三、 信号量
Mutex变量是非0即1的，可看做一种资源的可用数量，初始化时Mutex是1，表示有一个可用资源，加锁时得到该资源，将Mutex减到0，表示再也不有可用资源，解锁时释放该资源，将Mutex从新加到1，表示又有了一个可用资源。信号量（Semaphore）和Mutex相似，表示可用资源的数量，和Mutex不一样的是这个数量能够大于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变量的类型为sem_t， sem_init()初始化一个semaphore变量， value参数表示可用资源 的数量， pshared参数为0表示信号量用于同一进程的线程间同步，本节只介绍这种状况。在用 完semaphore变量以后应该调用sem_destroy()释放与semaphore相关的资源。 调用sem_wait()能够得到资源，使semaphore的值减1，若是调用sem_wait()时semaphore的值已 经是0，则挂起等待。若是不但愿挂起等待，能够调用sem_trywait()。调用sem_post()能够释放资 源，使semaphore的值加1，同时唤醒挂起等待的线程。
#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;
}