linux同步機制

1. linux進程間通信（互斥鎖、條件變數、讀寫鎖、文件鎖、信號燈）

為了能夠有效的控制多個進程之間的溝通過程，保證溝通過程的有序和和諧，OS必須提供一定的同步機制保證進程之間不會自說自話而是有效的協同工作。比如在 共享內存的通信方式中，兩個或者多個進程都要對共享的內存進行數據寫入，那麼怎麼才能保證一個進程在寫入的過程中不被其它的進程打斷，保證數據的完整性 呢？又怎麼保證讀取進程在讀取數據的過程中數據不會變動，保證讀取出的數據是完整有效的呢？

常用的同步方式有： 互斥鎖、條件變數、讀寫鎖、記錄鎖(文件鎖)和信號燈.

互斥鎖：

顧名思義，鎖是用來鎖住某種東西的，鎖住之後只有有鑰匙的人才能對鎖住的東西擁有控制權(把鎖砸了，把東西偷走的小偷不在我們的討論范圍了)。所謂互斥， 從字面上理解就是互相排斥。因此互斥鎖從字面上理解就是一點進程擁有了這個鎖，它將排斥其它所有的進程訪問被鎖住的東西，其它的進程如果需要鎖就只能等待，等待擁有鎖的進程把鎖打開後才能繼續運行。 在實現中，鎖並不是與某個具體的變數進行關聯，它本身是一個獨立的對象。進(線)程在有需要的時候獲得此對象，用完不需要時就釋放掉。

互斥鎖的主要特點是互斥鎖的釋放必須由上鎖的進(線)程釋放，如果擁有鎖的進(線)程不釋放，那麼其它的進(線)程永遠也沒有機會獲得所需要的互斥鎖。

互斥鎖主要用於線程之間的同步。

條件變數：

上文中提到，對於互斥鎖而言，如果擁有鎖的進(線)程不釋放鎖，其它進(線)程永遠沒機會獲得鎖，也就永遠沒有機會繼續執行後續的邏輯。在實際環境下，一 個線程A需要改變一個共享變數X的值，為了保證在修改的過程中X不會被其它的線程修改，線程A必須首先獲得對X的鎖。現在假如A已經獲得鎖了，由於業務邏 輯的需要，只有當X的值小於0時，線程A才能執行後續的邏輯，於是線程A必須把互斥鎖釋放掉，然後繼續「忙等」。如下面的偽代碼所示：

1.// get x lock

2.while(x

2. Linux內核的同步機制是什麼主要有哪幾種內核鎖

Linux的同步機制從2.0到2.6以來不斷發展完善。從最初的原子操作，到後來的信號量，從大內核鎖到今天的自旋鎖。這些同步機制的發展伴隨Linux從單處理器到對稱多處理器的過渡；
伴隨著從非搶占內核到搶占內核的過度。Linux的鎖機制越來越有效，也越來越復雜。
Linux的內核鎖主要是自旋鎖和信號量。
自旋鎖最多隻能被一個可執行線程持有，如果一個執行線程試圖請求一個已被爭用（已經被持有）的自旋鎖，那麼這個線程就會一直進行忙循環——旋轉——等待鎖重新可用。要是鎖未被爭用，請求它的執行線程便能立刻得到它並且繼續進行。自旋鎖可以在任何時刻防止多於一個的執行線程同時進入臨界區。
Linux中的信號量是一種睡眠鎖。如果有一個任務試圖獲得一個已被持有的信號量時，信號量會將其推入等待隊列，然後讓其睡眠。這時處理器獲得自由去執行其它代碼。當持有信號量的進程將信號量釋放後，在等待隊列中的一個任務將被喚醒，從而便可以獲得這個信號量。
信號量的睡眠特性，使得信號量適用於鎖會被長時間持有的情況；只能在進程上下文中使用，因為中斷上下文中是不能被調度的；另外當代碼持有信號量時，不可以再持有自旋鎖。

3. linux 多進程信號同步問題

線程的最大特點是資源的共享性，但資源共享中的同步問題是多線程編程的難點。linux下提供了多種方式來處理線程同步，最常用的是互斥鎖、條件變數和信號量。
1）互斥鎖（mutex）
通過鎖機制實現線程間的同步。同一時刻只允許一個線程執行一個關鍵部分的代碼。
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex *
(1)先初始化鎖init()或靜態賦值pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIER
attr_t有:
PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP:其餘線程等待隊列
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP:嵌套鎖,允許線程多次加鎖,不同線程,解鎖後重新競爭
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP:檢錯,與一同,線程請求已用鎖,返回EDEADLK;
PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP:適應鎖,解鎖後重新競爭
(2)加鎖,lock,trylock,lock阻塞等待鎖,trylock立即返回EBUSY
(3)解鎖,unlock需滿足是加鎖狀態,且由加鎖線程解鎖
(4)清除鎖,destroy(此時鎖必需unlock,否則返回EBUSY,//Linux下互斥鎖不佔用內存資源

4. linux rcu原理

RCU, Read-Copy-Update，是Linux內核中的一種同步機制。RCU常被描述為讀寫鎖的替代品，它的特點是讀者並不需要直接與寫者進行同步，讀者與寫者也能並發的執行。

來一張圖片來描述下大體的操作吧羨薯：

多個讀者可以並發訪問臨界資源，同時使用rcu_read_lock/rcu_read_unlock來標定臨界區；
寫者(updater)在更新臨界資源的時候，拷貝一份副本作為基礎進行修改，當所有讀者離開臨界區後，把指向舊臨界資源的指針指向更新後的副本，並對舊資源進行回收處理；
圖中只顯兄羨者示一個寫者，當存在多個寫者的時候，需要在寫者之派模間進行互斥處理。

5. linux 下進程間的同步機制有哪些

感覺你提問的應該是進程間的通信。而通訊主要有以下6中方式：
1.管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用於具有親緣關系進程間的通信，有名管道克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關系進程間的通信；
2.信號（Signal）：信號是比較復雜的通信方式，用於通知接受進程有某種事件生，除了用於進程間通信外，進程還可以發送信號給進程本身；linux除了支持Unix早期 信號語義函數sigal外，還支持語義符合Posix.1標準的信號函數sigaction（實際上， 該函數是基於BSD的，BSD為了實現可靠信號機制，又能夠統一對外介面，sigaction函數重新實現了signal函數）；
3.報文（Message）隊列（消息隊列）：消息隊列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊列system V消息隊列。有足夠許可權的進程可以向隊列中添加消息，被賦予讀許可權的進程則可以讀走隊列中的消息。消息隊列克服了信號承載信息量少，管道只能承載無格式位元組流以及緩沖區大小受限等缺點。
4.共享內存：使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，是最快的可用IPC形式。是針其他通信機制運行效率較低設計的。往往與其它通信機制，如信號量結合使用， 來達到進程間的同步及互斥。
5.信號量（semaphore）：主要作為進程間以及同一進程不同線程之間的同步手段。
6.套接字（Socket）：更為一般的進程間通信機制，可用於不同機器之間的進程間通信。起初是由Unix系統的BSD分支開發出來的，但現在一般可以移植到其它類Unix 系統上：Linux和System V的變種都支持套接字。

6. linux系統中線程同步實現機制有哪些

LinuxThread的線程機制

LinuxThreads是目前Linux平台上使用最為廣泛的線程庫，由Xavier Leroy ([email protected]) 負責開發完成，並已綁定在GLIBC中發行。它所實現的就是基於核心輕量級進程的"一對一"線程模型，一個線程實體對應一個核心輕量級進程，而線程之間的 管理在核外函數庫中實現。

1.線程描述數據結構及實現限制

LinuxThreads定義了一個struct _pthread_descr_struct數據結構來描述線程，並使用全局數組變數 __pthread_handles來描述和引用進程所轄線程。在__pthread_handles中的前兩項，LinuxThreads定義了兩個全 局的系統線程：__pthread_initial_thread和__pthread_manager_thread，並用 __pthread_main_thread表徵__pthread_manager_thread的父線程（初始為 __pthread_initial_thread）。

struct _pthread_descr_struct是一個雙環鏈表結構，__pthread_manager_thread所在的鏈表僅包括它 一個元素，實際上，__pthread_manager_thread是一個特殊線程，LinuxThreads僅使用了其中的errno、p_pid、 p_priority等三個域。而__pthread_main_thread所在的鏈則將進程中所有用戶線程串在了一起。經過一系列 pthread_create()之後形成的__pthread_handles數組將如下圖所示：

圖2 __pthread_handles數組結構

新創建的線程將首先在__pthread_handles數組中占據一項，然後通過數據結構中的鏈指針連入以__pthread_main_thread為首指針的鏈表中。這個鏈表的使用在介紹線程的創建和釋放的時候將提到。

LinuxThreads遵循POSIX1003.1c標准，其中對線程庫的實現進行了一些范圍限制，比如進程最大線程數，線程私有數據區大小等等。在 LinuxThreads的實現中，基本遵循這些限制，但也進行了一定的改動，改動的趨勢是放鬆或者說擴大這些限制，使編程更加方便。這些限定宏主要集中 在sysdeps/unix/sysv/linux/bits/local_lim.h（不同平台使用的文件位置不同）中，包括如下幾個：

每進程的私有數據key數，POSIX定義_POSIX_THREAD_KEYS_MAX為128，LinuxThreads使用 PTHREAD_KEYS_MAX，1024；私有數據釋放時允許執行的操作數，LinuxThreads與POSIX一致，定義 PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS為4；每進程的線程數，POSIX定義為64，LinuxThreads增大到1024 （PTHREAD_THREADS_MAX）；線程運行棧最小空間大小，POSIX未指定，LinuxThreads使用 PTHREAD_STACK_MIN，16384（位元組）。

2.管理線程

"一對一"模型的好處之一是線程的調度由核心完成了，而其他諸如線程取消、線程間的同步等工作，都是在核外線程庫中完成的。在LinuxThreads 中，專門為每一個進程構造了一個管理線程，負責處理線程相關的管理工作。當進程第一次調用pthread_create()創建一個線程的時候就會創建 （__clone()）並啟動管理線程。

在一個進程空間內，管理線程與其他線程之間通過一對"管理管道（manager_pipe[2]）"來通訊，該管道在創建管理線程之前創建，在成功啟動 了管理線程之後，管理管道的讀端和寫端分別賦給兩個全局變數__pthread_manager_reader和 __pthread_manager_request，之後，每個用戶線程都通過__pthread_manager_request向管理線程發請求， 但管理線程本身並沒有直接使用__pthread_manager_reader，管道的讀端（manager_pipe[0]）是作為__clone ()的參數之一傳給管理線程的，管理線程的工作主要就是監聽管道讀端，並對從中取出的請求作出反應。

創建管理線程的流程如下所示：
（全局變數pthread_manager_request初值為-1）

圖3 創建管理線程的流程

初始化結束後，在__pthread_manager_thread中記錄了輕量級進程號以及核外分配和管理的線程id， 2*PTHREAD_THREADS_MAX+1這個數值不會與任何常規用戶線程id沖突。管理線程作為pthread_create()的調用者線程的 子線程運行，而pthread_create()所創建的那個用戶線程則是由管理線程來調用clone()創建，因此實際上是管理線程的子線程。（此處子 線程的概念應該當作子進程來理解。）

__pthread_manager()就是管理線程的主循環所在，在進行一系列初始化工作後，進入while(1)循環。在循環中，線程以2秒為 timeout查詢（__poll()）管理管道的讀端。在處理請求前，檢查其父線程（也就是創建manager的主線程）是否已退出，如果已退出就退出 整個進程。如果有退出的子線程需要清理，則調用pthread_reap_children()清理。

然後才是讀取管道中的請求，根據請求類型執行相應操作（switch-case）。具體的請求處理，源碼中比較清楚，這里就不贅述了。

3.線程棧

在LinuxThreads中，管理線程的棧和用戶線程的棧是分離的，管理線程在進程堆中通過malloc()分配一個THREAD_MANAGER_STACK_SIZE位元組的區域作為自己的運行棧。

用戶線程的棧分配辦法隨著體系結構的不同而不同，主要根據兩個宏定義來區分，一個是NEED_SEPARATE_REGISTER_STACK，這個屬 性僅在IA64平台上使用；另一個是FLOATING_STACK宏，在i386等少數平台上使用，此時用戶線程棧由系統決定具體位置並提供保護。與此同 時，用戶還可以通過線程屬性結構來指定使用用戶自定義的棧。因篇幅所限，這里只能分析i386平台所使用的兩種棧組織方式：FLOATING_STACK 方式和用戶自定義方式。

在FLOATING_STACK方式下，LinuxThreads利用mmap()從內核空間中分配8MB空間（i386系統預設的最大棧空間大小，如 果有運行限制（rlimit），則按照運行限制設置），使用mprotect()設置其中第一頁為非訪問區。該8M空間的功能分配如下圖：

圖4 棧結構示意

低地址被保護的頁面用來監測棧溢出。

對於用戶指定的棧，在按照指針對界後，設置線程棧頂，並計算出棧底，不做保護，正確性由用戶自己保證。

不論哪種組織方式，線程描述結構總是位於棧頂緊鄰堆棧的位置。

4.線程id和進程id

每個LinuxThreads線程都同時具有線程id和進程id，其中進程id就是內核所維護的進程號，而線程id則由LinuxThreads分配和維護。

7. linux 多進程信號同步問題

朋友你好：希望能幫到你。互相學習。
線程的最大特點是資源的共享性，但資源共享中的同步問題是多線程編程的難點。linux下提供了多種方式來處理線程同步，最常用的是互斥鎖、條件變數和信號量。
1）互斥鎖（mutex）
通過鎖機制實現線程間的同步。同一時刻只允許一個線程執行一個關鍵部分的代碼。
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex *
(1)先初始化鎖init()或靜態賦值pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIER
attr_t有:
PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP:其餘線程等待隊列
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP:嵌套鎖,允許線程多次加鎖,不同線程,解鎖後重新競爭
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP:檢錯,與一同,線程請求已用鎖,返回EDEADLK;
PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP:適應鎖,解鎖後重新競爭
(2)加鎖,lock,trylock,lock阻塞等待鎖,trylock立即返回EBUSY
(3)解鎖,unlock需滿足是加鎖狀態,且由加鎖線程解鎖
(4)清除鎖,destroy(此時鎖必需unlock,否則返回EBUSY,//Linux下互斥鎖不佔用內存資源
示例代碼
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include "iostream"
using namespace std;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int tmp;
void* thread(void *arg)
{
cout << "thread id is " << pthread_self() << endl;
pthread_mutex_lock(&mutex);
tmp = 12;
cout << "Now a is " << tmp << endl;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return NULL;
}
int main()
{
pthread_t id;
cout << "main thread id is " << pthread_self() << endl;
tmp = 3;

cout << "In main func tmp = " << tmp << endl;
if (!pthread_create(&id, NULL, thread, NULL))
{
cout << "Create thread success!" << endl;
}
else
{
cout << "Create thread failed!" << endl;
}
pthread_join(id, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);

return 0;
}
編譯： g++ -o thread testthread.cpp -lpthread
說明：pthread庫不是Linux系統默認的庫，連接時需要使用靜態庫libpthread.a，所以在使用pthread_create()創建線程，以及調用pthread_atfork()函數建立fork處理程序時，需要鏈接該庫。在編譯中要加 -lpthread參數。
2）條件變數（cond）
利用線程間共享的全局變數進行同步的一種機制。條件變數上的基本操作有：觸發條件(當條件變為 true 時)；等待條件，掛起線程直到其他線程觸發條件。
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond,pthread_condattr_t *cond_attr);
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex *mutex,const timespec *abstime);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); //解除所有線程的阻塞
(1)初始化.init()或者pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIER（前者為動態初始化，後者為靜態初始化）;屬性置為NULL
(2)等待條件成立.pthread_wait,pthread_timewait.wait()釋放鎖,並阻塞等待條件變數為真，timewait()設置等待時間,仍未signal,返回ETIMEOUT(加鎖保證只有一個線程wait)
(3)激活條件變數:pthread_cond_signal,pthread_cond_broadcast(激活所有等待線程)
(4)清除條件變數:destroy;無線程等待,否則返回EBUSY
對於
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);
一定要在mutex的鎖定區域內使用。
如果要正確的使用pthread_mutex_lock與pthread_mutex_unlock，請參考
pthread_cleanup_push和pthread_cleanup_pop宏，它能夠在線程被cancel的時候正確的釋放mutex！
另外，posix1標准說，pthread_cond_signal與pthread_cond_broadcast無需考慮調用線程是否是mutex的擁有者，也就是說，可以在lock與unlock以外的區域調用。如果我們對調用行為不關心，那麼請在lock區域之外調用吧。
說明：
(1)pthread_cond_wait 自動解鎖互斥量(如同執行了pthread_unlock_mutex)，並等待條件變數觸發。這時線程掛起，不佔用CPU時間，直到條件變數被觸發（變數為ture）。在調用 pthread_cond_wait之前，應用程序必須加鎖互斥量。pthread_cond_wait函數返回前，自動重新對互斥量加鎖(如同執行了pthread_lock_mutex)。
(2)互斥量的解鎖和在條件變數上掛起都是自動進行的。因此，在條件變數被觸發前，如果所有的線程都要對互斥量加鎖，這種機制可保證在線程加鎖互斥量和進入等待條件變數期間，條件變數不被觸發。條件變數要和互斥量相聯結，以避免出現條件競爭——個線程預備等待一個條件變數，當它在真正進入等待之前，另一個線程恰好觸發了該條件（條件滿足信號有可能在測試條件和調用pthread_cond_wait函數（block）之間被發出，從而造成無限制的等待）。
(3)pthread_cond_timedwait 和 pthread_cond_wait 一樣，自動解鎖互斥量及等待條件變數，但它還限定了等待時間。如果在abstime指定的時間內cond未觸發，互斥量mutex被重新加鎖，且pthread_cond_timedwait返回錯誤 ETIMEDOUT。abstime 參數指定一個絕對時間，時間原點與 time 和 gettimeofday 相同：abstime = 0 表示 1970年1月1日00:00:00 GMT。
(4)pthread_cond_destroy 銷毀一個條件變數，釋放它擁有的資源。進入 pthread_cond_destroy 之前，必須沒有在該條件變數上等待的線程。
(5)條件變數函數不是非同步信號安全的，不應當在信號處理程序中進行調用。特別要注意，如果在信號處理程序中調用 pthread_cond_signal 或pthread_cond_boardcast 函數，可能導致調用線程死鎖。
示常式序1
#include <stdio.h>

#include <pthread.h>

#include "stdlib.h"

#include "unistd.h"
pthread_mutex_t mutex;

pthread_cond_t cond;
void hander(void *arg)

{

free(arg);

(void)pthread_mutex_unlock(&mutex);

}
void *thread1(void *arg)

{

pthread_cleanup_push(hander, &mutex);

while(1)

{

printf("thread1 is running\n");

pthread_mutex_lock(&mutex);

pthread_cond_wait(&cond,&mutex);

printf("thread1 applied the condition\n");

pthread_mutex_unlock(&mutex);

sleep(4);

}

pthread_cleanup_pop(0);

}
void *thread2(void *arg)

{

while(1)

{

printf("thread2 is running\n");

pthread_mutex_lock(&mutex);

pthread_cond_wait(&cond,&mutex);

printf("thread2 applied the condition\n");

pthread_mutex_unlock(&mutex);

sleep(1);

}

}
int main()

{

pthread_t thid1,thid2;

printf("condition variable study!\n");

pthread_mutex_init(&mutex,NULL);

pthread_cond_init(&cond,NULL);

pthread_create(&thid1,NULL,thread1,NULL);

pthread_create(&thid2,NULL,thread2,NULL);

sleep(1);

do

{

pthread_cond_signal(&cond);

}while(1);

sleep(20);

pthread_exit(0);

return 0;

}
示常式序2：
#include <pthread.h>

#include <unistd.h>

#include "stdio.h"

#include "stdlib.h"
static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
struct node

{

int n_number;

struct node *n_next;

} *head = NULL;
/*[thread_func]*/

static void cleanup_handler(void *arg)

{

printf("Cleanup handler of second thread./n");

free(arg);

(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);

}
static void *thread_func(void *arg)

{

struct node *p = NULL;

pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);

while (1)

{

//這個mutex主要是用來保證pthread_cond_wait的並發性

pthread_mutex_lock(&mtx);

while (head == NULL)

{

//這個while要特別說明一下，單個pthread_cond_wait功能很完善，為何

//這里要有一個while (head == NULL)呢？因為pthread_cond_wait里的線

//程可能會被意外喚醒，如果這個時候head != NULL，則不是我們想要的情況。

//這個時候，應該讓線程繼續進入pthread_cond_wait

// pthread_cond_wait會先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mtx，

//然後阻塞在等待對列里休眠，直到再次被喚醒（大多數情況下是等待的條件成立

//而被喚醒，喚醒後，該進程會先鎖定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再讀取資源

//用這個流程是比較清楚的/*block-->unlock-->wait() return-->lock*/

pthread_cond_wait(&cond, &mtx);

p = head;

head = head->n_next;

printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);

free(p);

}

pthread_mutex_unlock(&mtx); //臨界區數據操作完畢，釋放互斥鎖

}

pthread_cleanup_pop(0);

return 0;

}
int main(void)

{

pthread_t tid;

int i;

struct node *p;

//子線程會一直等待資源，類似生產者和消費者，但是這里的消費者可以是多個消費者，而

//不僅僅支持普通的單個消費者，這個模型雖然簡單，但是很強大

pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);

sleep(1);

for (i = 0; i < 10; i++)

{

p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));

p->n_number = i;

pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head這個臨界資源，先加鎖，

p->n_next = head;

head = p;

pthread_cond_signal(&cond);

pthread_mutex_unlock(&mtx); //解鎖

sleep(1);

}

printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");
//關於pthread_cancel，有一點額外的說明，它是從外部終止子線程，子線程會在最近的取消點，退出

//線程，而在我們的代碼里，最近的取消點肯定就是pthread_cond_wait()了。

pthread_cancel(tid);

pthread_join(tid, NULL);

printf("All done -- exiting/n");

return 0;

}
3）信號量
如同進程一樣，線程也可以通過信號量來實現通信，雖然是輕量級的。
信號量函數的名字都以"sem_"打頭。線程使用的基本信號量函數有四個。
#include <semaphore.h>
int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);
這是對由sem指定的信號量進行初始化，設置好它的共享選項（linux 只支持為0，即表示它是當前進程的局部信號量），然後給它一個初始值VALUE。
兩個原子操作函數：
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_post(sem_t *sem);
這兩個函數都要用一個由sem_init調用初始化的信號量對象的指針做參數。
sem_post：給信號量的值加1；
sem_wait:給信號量減1；對一個值為0的信號量調用sem_wait,這個函數將會等待直到有其它線程使它不再是0為止。
int sem_destroy(sem_t *sem);
這個函數的作用是再我們用完信號量後都它進行清理。歸還自己佔有的一切資源。
示例代碼：
#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <pthread.h>

#include <semaphore.h>

#include <errno.h>
#define return_if_fail(p) if((p) == 0){printf ("[%s]:func error!/n", __func__);return;}
typedef struct _PrivInfo

{

sem_t s1;

sem_t s2;

time_t end_time;

}PrivInfo;

static void info_init (PrivInfo* thiz);
static void info_destroy (PrivInfo* thiz);

static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz);

static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz);
int main (int argc, char** argv)

{

pthread_t pt_1 = 0;

pthread_t pt_2 = 0;

int ret = 0;

PrivInfo* thiz = NULL;
thiz = (PrivInfo* )malloc (sizeof (PrivInfo));

if (thiz == NULL)

{

printf ("[%s]: Failed to malloc priv./n");

return -1;

}
info_init (thiz);
ret = pthread_create (&pt_1, NULL, (void*)pthread_func_1, thiz);

if (ret != 0)

{

perror ("pthread_1_create:");

}
ret = pthread_create (&pt_2, NULL, (void*)pthread_func_2, thiz);

if (ret != 0)

{

perror ("pthread_2_create:");

}
pthread_join (pt_1, NULL);

pthread_join (pt_2, NULL);

info_destroy (thiz);
return 0;
}
static void info_init (PrivInfo* thiz)

{

return_if_fail (thiz != NULL);
thiz->end_time = time(NULL) + 10;
sem_init (&thiz->s1, 0, 1);

sem_init (&thiz->s2, 0, 0);
return;

}
static void info_destroy (PrivInfo* thiz)

{

return_if_fail (thiz != NULL);
sem_destroy (&thiz->s1);

sem_destroy (&thiz->s2);
free (thiz);

thiz = NULL;
return;

}
static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz)

{

return_if_fail (thiz != NULL);
while (time(NULL) < thiz->end_time)

{

sem_wait (&thiz->s2);

printf ("pthread1: pthread1 get the lock./n");
sem_post (&thiz->s1);

printf ("pthread1: pthread1 unlock/n");
sleep (1);

}
return;

}
static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz)

{

return_if_fail (thiz != NULL);
while (time (NULL) < thiz->end_time)

{

sem_wait (&thiz->s1);

printf ("pthread2: pthread2 get the unlock./n");
sem_post (&thiz->s2);

printf ("pthread2: pthread2 unlock./n");
sleep (1);

}
return;

}
通 過執行結果後，可以看出，會先執行線程二的函數，然後再執行線程一的函數。它們兩就實現了同步

8. Linux下線程同步的幾種方法

Linux 線程同步的三種方法
線程的最大特點是資源的共享性，但資源共享中的同步問題是多線程編程的難點。linux下提供了多種方式來處理線程同步，最常用的是互斥鎖、條件變數和信號量。
一、互斥鎖(mutex)
通過鎖機制實現線程間的同步。
初始化鎖。在Linux下，線程的互斥量數據類型是pthread_mutex_t。在使用前,要對它進行初始化。
靜態分配：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
動態分配：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);
加鎖。對共享資源的訪問，要對互斥量進行加鎖，如果互斥量已經上了鎖，調用線程會阻塞，直到互斥量被解鎖。
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
解鎖。在完成了對共享資源的訪問後，要對互斥量進行解鎖。
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
銷毀鎖。鎖在是使用完成後，需要進行銷毀以釋放資源。
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);
[csharp] view plain
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include "iostream"
using namespace std;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int tmp;
void* thread(void *arg)
{
cout << "thread id is " << pthread_self() << endl;
pthread_mutex_lock(&mutex);
tmp = 12;
cout << "Now a is " << tmp << endl;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return NULL;
}
int main()
{
pthread_t id;
cout << "main thread id is " << pthread_self() << endl;
tmp = 3;
cout << "In main func tmp = " << tmp << endl;
if (!pthread_create(&id, NULL, thread, NULL))
{
cout << "Create thread success!" << endl;
}
else
{
cout << "Create thread failed!" << endl;
}
pthread_join(id, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}
//編譯：g++ -o thread testthread.cpp -lpthread
二、條件變數(cond)
互斥鎖不同，條件變數是用來等待而不是用來上鎖的。條件變數用來自動阻塞一個線程，直到某特殊情況發生為止。通常條件變數和互斥鎖同時使用。條件變數分為兩部分: 條件和變數。條件本身是由互斥量保護的。線程在改變條件狀態前先要鎖住互斥量。條件變數使我們可以睡眠等待某種條件出現。條件變數是利用線程間共享的全局變數進行同步的一種機制，主要包括兩個動作：一個線程等待"條件變數的條件成立"而掛起；另一個線程使"條件成立"（給出條件成立信號）。條件的檢測是在互斥鎖的保護下進行的。如果一個條件為假，一個線程自動阻塞，並釋放等待狀態改變的互斥鎖。如果另一個線程改變了條件，它發信號給關聯的條件變數，喚醒一個或多個等待它的線程，重新獲得互斥鎖，重新評價條件。如果兩進程共享可讀寫的內存，條件變數可以被用來實現這兩進程間的線程同步。
初始化條件變數。
靜態態初始化，pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER;
動態初始化，int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);
等待條件成立。釋放鎖,同時阻塞等待條件變數為真才行。timewait()設置等待時間,仍未signal,返回ETIMEOUT(加鎖保證只有一個線程wait)
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex *mutex,const timespec *abstime);
激活條件變數。pthread_cond_signal,pthread_cond_broadcast（激活所有等待線程）
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); //解除所有線程的阻塞
清除條件變數。無線程等待,否則返回EBUSY
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
[cpp] view plain
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include "stdlib.h"
#include "unistd.h"
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;
void hander(void *arg)
{
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
void *thread1(void *arg)
{
pthread_cleanup_push(hander, &mutex);
while(1)
{
printf("thread1 is running\n");
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
printf("thread1 applied the condition\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(4);
}
pthread_cleanup_pop(0);
}
void *thread2(void *arg)
{
while(1)
{
printf("thread2 is running\n");
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
printf("thread2 applied the condition\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(1);
}
}
int main()
{
pthread_t thid1,thid2;
printf("condition variable study!\n");
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);
pthread_create(&thid1, NULL, thread1, NULL);
pthread_create(&thid2, NULL, thread2, NULL);
sleep(1);
do
{
pthread_cond_signal(&cond);
}while(1);
sleep(20);
pthread_exit(0);
return 0;
}
[cpp] view plain
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
struct node
{
int n_number;
struct node *n_next;
}*head = NULL;

static void cleanup_handler(void *arg)
{
printf("Cleanup handler of second thread./n");
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);
}
static void *thread_func(void *arg)
{
struct node *p = NULL;
pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);
while (1)
{
//這個mutex主要是用來保證pthread_cond_wait的並發性
pthread_mutex_lock(&mtx);
while (head == NULL)
{
//這個while要特別說明一下，單個pthread_cond_wait功能很完善，為何
//這里要有一個while (head == NULL)呢？因為pthread_cond_wait里的線
//程可能會被意外喚醒，如果這個時候head != NULL，則不是我們想要的情況。
//這個時候，應該讓線程繼續進入pthread_cond_wait
// pthread_cond_wait會先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mtx，
//然後阻塞在等待對列里休眠，直到再次被喚醒(大多數情況下是等待的條件成立
//而被喚醒，喚醒後，該進程會先鎖定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再讀取資源
//用這個流程是比較清楚的
pthread_cond_wait(&cond, &mtx);
p = head;
head = head->n_next;
printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);
free(p);
}
pthread_mutex_unlock(&mtx); //臨界區數據操作完畢，釋放互斥鎖
}
pthread_cleanup_pop(0);
return 0;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
int i;
struct node *p;
//子線程會一直等待資源，類似生產者和消費者，但是這里的消費者可以是多個消費者，而
//不僅僅支持普通的單個消費者，這個模型雖然簡單，但是很強大
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
sleep(1);
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
p->n_number = i;
pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head這個臨界資源，先加鎖，
p->n_next = head;
head = p;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mtx); //解鎖
sleep(1);
}
printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");
//關於pthread_cancel，有一點額外的說明，它是從外部終止子線程，子線程會在最近的取消點，退出
//線程，而在我們的代碼里，最近的取消點肯定就是pthread_cond_wait()了。
pthread_cancel(tid);
pthread_join(tid, NULL);
printf("All done -- exiting/n");
return 0;
}
三、信號量(sem)
如同進程一樣，線程也可以通過信號量來實現通信，雖然是輕量級的。信號量函數的名字都以"sem_"打頭。線程使用的基本信號量函數有四個。
信號量初始化。
int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);
這是對由sem指定的信號量進行初始化，設置好它的共享選項(linux 只支持為0，即表示它是當前進程的局部信號量)，然後給它一個初始值VALUE。
等待信號量。給信號量減1，然後等待直到信號量的值大於0。
int sem_wait(sem_t *sem);
釋放信號量。信號量值加1。並通知其他等待線程。
int sem_post(sem_t *sem);
銷毀信號量。我們用完信號量後都它進行清理。歸還佔有的一切資源。
int sem_destroy(sem_t *sem);
[cpp] view plain
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <errno.h>
#define return_if_fail(p) if((p) == 0){printf ("[%s]:func error!/n", __func__);return;}
typedef struct _PrivInfo
{
sem_t s1;
sem_t s2;
time_t end_time;
}PrivInfo;

static void info_init (PrivInfo* thiz);
static void info_destroy (PrivInfo* thiz);
static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz);
static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz);

int main (int argc, char** argv)
{
pthread_t pt_1 = 0;
pthread_t pt_2 = 0;
int ret = 0;
PrivInfo* thiz = NULL;
thiz = (PrivInfo* )malloc (sizeof (PrivInfo));
if (thiz == NULL)
{
printf ("[%s]: Failed to malloc priv./n");
return -1;
}
info_init (thiz);
ret = pthread_create (&pt_1, NULL, (void*)pthread_func_1, thiz);
if (ret != 0)
{
perror ("pthread_1_create:");
}
ret = pthread_create (&pt_2, NULL, (void*)pthread_func_2, thiz);
if (ret != 0)
{
perror ("pthread_2_create:");
}
pthread_join (pt_1, NULL);
pthread_join (pt_2, NULL);
info_destroy (thiz);
return 0;
}
static void info_init (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
thiz->end_time = time(NULL) + 10;
sem_init (&thiz->s1, 0, 1);
sem_init (&thiz->s2, 0, 0);
return;
}
static void info_destroy (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
sem_destroy (&thiz->s1);
sem_destroy (&thiz->s2);
free (thiz);
thiz = NULL;
return;
}
static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail(thiz != NULL);
while (time(NULL) < thiz->end_time)
{
sem_wait (&thiz->s2);
printf ("pthread1: pthread1 get the lock./n");
sem_post (&thiz->s1);
printf ("pthread1: pthread1 unlock/n");
sleep (1);
}
return;
}
static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
while (time (NULL) < thiz->end_time)
{
sem_wait (&thiz->s1);
printf ("pthread2: pthread2 get the unlock./n");
sem_post (&thiz->s2);
printf ("pthread2: pthread2 unlock./n");
sleep (1);
}
return;
}