linux互斥信號量

① linux 內核 互斥量為什麼比信號量效率高

linux的常用信號量 BUS與SEGV二者都是錯誤信號，BUS表示匯流排錯誤，SEGV表示段錯誤，程序崩潰的時候99%都是這兩個錯誤導致的。進程可以捕獲和封鎖這兩類錯誤。內核對二者的默認處理是memory mp WINCH窗口改變信號（WINdown CHanged）

② linux mutex互斥體和semaphore信號量的區別

1. mutex保護的資源在同一時刻只允許一個task進行訪問；semaphore根據初始值n可以允許至多n個task訪問。

2. semaphore可以實現「等待」機制，一種常見的場景是task0進入阻塞狀態「等待」某個事件發生，task1觸發事件後「喚醒」task0。task0在「等待」時處於阻塞狀態而不是運行狀態，因此不會浪費CPU時間。而一個task在拿到mutex之後釋放之前不宜進行太長時間的操作，更不能阻塞。

③ 如何實現linux下多線程之間的互斥與同步

Linux設備驅動中必須解決的一個問題是多個進程對共享資源的並發訪問，並發訪問會導致競態，linux提供了多種解決競態問題的方式，這些方式適合不同的應用場景。

Linux內核是多進程、多線程的操作系統，它提供了相當完整的內核同步方法。內核同步方法列表如下：
中斷屏蔽
原子操作
自旋鎖
讀寫自旋鎖
順序鎖
信號量
讀寫信號量
BKL（大內核鎖）
Seq鎖
一、並發與競態：
定義：
並發（concurrency）指的是多個執行單元同時、並行被執行，而並發的執行單元對共享資源（硬體資源和軟體上的全局變數、靜態變數等）的訪問則很容易導致競態（race conditions）。
在linux中，主要的競態發生在如下幾種情況：
1、對稱多處理器（SMP）多個CPU
特點是多個CPU使用共同的系統匯流排，因此可訪問共同的外設和存儲器。
2、單CPU內進程與搶占它的進程
3、中斷（硬中斷、軟中斷、Tasklet、底半部）與進程之間
只要並發的多個執行單元存在對共享資源的訪問，競態就有可能發生。
如果中斷處理程序訪問進程正在訪問的資源，則競態也會會發生。
多個中斷之間本身也可能引起並發而導致競態（中斷被更高優先順序的中斷打斷）。

解決競態問題的途徑是保證對共享資源的互斥訪問，所謂互斥訪問就是指一個執行單元在訪問共享資源的時候，其他的執行單元都被禁止訪問。

訪問共享資源的代碼區域被稱為臨界區，臨界區需要以某種互斥機制加以保護，中斷屏蔽，原子操作，自旋鎖，和信號量都是linux設備驅動中可採用的互斥途徑。

臨界區和競爭條件：
所謂臨界區（critical regions）就是訪問和操作共享數據的代碼段，為了避免在臨界區中並發訪問，編程者必須保證這些代碼原子地執行——也就是說，代碼在執行結束前不可被打斷，就如同整個臨界區是一個不可分割的指令一樣，如果兩個執行線程有可能處於同一個臨界區中，那麼就是程序包含一個bug，如果這種情況發生了，我們就稱之為競爭條件（race conditions），避免並發和防止競爭條件被稱為同步。

死鎖：
死鎖的產生需要一定條件：要有一個或多個執行線程和一個或多個資源，每個線程都在等待其中的一個資源，但所有的資源都已經被佔用了，所有線程都在相互等待，但它們永遠不會釋放已經佔有的資源，於是任何線程都無法繼續，這便意味著死鎖的發生。

二、中斷屏蔽
在單CPU范圍內避免競態的一種簡單方法是在進入臨界區之前屏蔽系統的中斷。
由於linux內核的進程調度等操作都依賴中斷來實現，內核搶占進程之間的並發也就得以避免了。
中斷屏蔽的使用方法：
local_irq_disable()//屏蔽中斷
//臨界區
local_irq_enable()//開中斷
特點：
由於linux系統的非同步IO，進程調度等很多重要操作都依賴於中斷，在屏蔽中斷期間所有的中斷都無法得到處理，因此長時間的屏蔽是很危險的，有可能造成數據丟失甚至系統崩潰，這就要求在屏蔽中斷之後，當前的內核執行路徑應當盡快地執行完臨界區的代碼。
中斷屏蔽只能禁止本CPU內的中斷，因此，並不能解決多CPU引發的競態，所以單獨使用中斷屏蔽並不是一個值得推薦的避免競態的方法，它一般和自旋鎖配合使用。

三、原子操作
定義：原子操作指的是在執行過程中不會被別的代碼路徑所中斷的操作。
（原子原本指的是不可分割的微粒，所以原子操作也就是不能夠被分割的指令）
（它保證指令以「原子」的方式執行而不能被打斷）
原子操作是不可分割的，在執行完畢不會被任何其它任務或事件中斷。在單處理器系統(UniProcessor)中，能夠在單條指令中完成的操作都可以認為是" 原子操作"，因為中斷只能發生於指令之間。這也是某些CPU指令系統中引入了test_and_set、test_and_clear等指令用於臨界資源互斥的原因。但是，在對稱多處理器(Symmetric Multi-Processor)結構中就不同了，由於系統中有多個處理器在獨立地運行，即使能在單條指令中完成的操作也有可能受到干擾。我們以decl (遞減指令)為例，這是一個典型的"讀－改－寫"過程，涉及兩次內存訪問。
通俗理解：
原子操作，顧名思義，就是說像原子一樣不可再細分。一個操作是原子操作，意思就是說這個操作是以原子的方式被執行，要一口氣執行完，執行過程不能夠被OS的其他行為打斷，是一個整體的過程，在其執行過程中，OS的其它行為是插不進來的。
分類：linux內核提供了一系列函數來實現內核中的原子操作，分為整型原子操作和位原子操作，共同點是：在任何情況下操作都是原子的，內核代碼可以安全的調用它們而不被打斷。

原子整數操作：
針對整數的原子操作只能對atomic_t類型的數據進行處理，在這里之所以引入了一個特殊的數據類型，而沒有直接使用C語言的int型，主要是出於兩個原因：
第一、讓原子函數只接受atomic_t類型的操作數，可以確保原子操作只與這種特殊類型數據一起使用，同時，這也確保了該類型的數據不會被傳遞給其它任何非原子函數；
第二、使用atomic_t類型確保編譯器不對相應的值進行訪問優化——這點使得原子操作最終接收到正確的內存地址，而不是一個別名，最後就是在不同體系結構上實現原子操作的時候，使用atomic_t可以屏蔽其間的差異。
原子整數操作最常見的用途就是實現計數器。
另一點需要說明原子操作只能保證操作是原子的，要麼完成，要麼不完成，不會有操作一半的可能，但原子操作並不能保證操作的順序性，即它不能保證兩個操作是按某個順序完成的。如果要保證原子操作的順序性，請使用內存屏障指令。
atomic_t和ATOMIC_INIT(i)定義
typedef struct { volatile int counter; } atomic_t;
#define ATOMIC_INIT(i) { (i) }

在你編寫代碼的時候，能使用原子操作的時候，就盡量不要使用復雜的加鎖機制，對多數體系結構來講，原子操作與更復雜的同步方法相比較，給系統帶來的開銷小，對高速緩存行的影響也小，但是，對於那些有高性能要求的代碼，對多種同步方法進行測試比較，不失為一種明智的作法。

原子位操作：
針對位這一級數據進行操作的函數，是對普通的內存地址進行操作的。它的參數是一個指針和一個位號。

為方便其間，內核還提供了一組與上述操作對應的非原子位函數，非原子位函數與原子位函數的操作完全相同，但是，前者不保證原子性，且其名字前綴多兩個下劃線。例如，與test_bit()對應的非原子形式是_test_bit()，如果你不需要原子性操作（比如，如果你已經用鎖保護了自己的數據），那麼這些非原子的位函數相比原子的位函數可能會執行得更快些。

四、自旋鎖
自旋鎖的引入：
如 果每個臨界區都能像增加變數這樣簡單就好了，可惜現實不是這樣，而是臨界區可以跨越多個函數，例如：先得從一個數據結果中移出數據，對其進行格式轉換和解 析，最後再把它加入到另一個數據結構中，整個執行過程必須是原子的，在數據被更新完畢之前，不能有其他代碼讀取這些數據，顯然，簡單的原子操作是無能為力 的（在單處理器系統(UniProcessor)中，能夠在單條指令中完成的操作都可以認為是" 原子操作"，因為中斷只能發生於指令之間），這就需要使用更為復雜的同步方法——鎖來提供保護。

自旋鎖的介紹：
Linux內核中最常見的鎖是自旋鎖（spin lock），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獲得一個被爭用（已經被持有）的自旋鎖，那麼該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，請求鎖的執行線程便能立刻得到它，繼續執行，在任意時間，自旋鎖都可以防止多於一個的執行線程同時進入理解區，注意同一個鎖可以用在多個位置—例如，對於給定數據的所有訪問都可以得到保護和同步。
一個被爭用的自旋鎖使得請求它的線程在等待鎖重新可用時自旋（特別浪費處理器時間），所以自旋鎖不應該被長時間持有，事實上，這點正是使用自旋鎖的初衷，在短期間內進行輕量級加鎖，還可以採取另外的方式來處理對鎖的爭用：讓請求線程睡眠，直到鎖重新可用時再喚醒它，這樣處理器就不必循環等待，可以去執行其他代碼，這也會帶來一定的開銷——這里有兩次明顯的上下文切換， 被阻塞的線程要換出和換入。因此，持有自旋鎖的時間最好小於完成兩次上下文切換的耗時，當然我們大多數人不會無聊到去測量上下文切換的耗時，所以我們讓持 有自旋鎖的時間應盡可能的短就可以了，信號量可以提供上述第二種機制，它使得在發生爭用時，等待的線程能投入睡眠，而不是旋轉。
自旋鎖可以使用在中斷處理程序中（此處不能使用信號量，因為它們會導致睡眠），在中斷處理程序中使用自旋鎖時，一定要在獲取鎖之前，首先禁止本地中斷（在 當前處理器上的中斷請求），否則，中斷處理程序就會打斷正持有鎖的內核代碼，有可能會試圖去爭用這個已經持有的自旋鎖，這樣以來，中斷處理程序就會自旋， 等待該鎖重新可用，但是鎖的持有者在這個中斷處理程序執行完畢前不可能運行，這正是我們在前一章節中提到的雙重請求死鎖，注意，需要關閉的只是當前處理器上的中斷，如果中斷發生在不同的處理器上，即使中斷處理程序在同一鎖上自旋，也不會妨礙鎖的持有者（在不同處理器上）最終釋放鎖。

自旋鎖的簡單理解：
理解自旋鎖最簡單的方法是把它作為一個變數看待，該變數把一個臨界區或者標記為「我當前正在運行，請稍等一會」或者標記為「我當前不在運行，可以被使用」。如果A執行單元首先進入常式，它將持有自旋鎖，當B執行單元試圖進入同一個常式時，將獲知自旋鎖已被持有，需等到A執行單元釋放後才能進入。

自旋鎖的API函數：

其實介紹的幾種信號量和互斥機制，其底層源碼都是使用自旋鎖,可以理解為自旋鎖的再包裝。所以從這里就可以理解為什麼自旋鎖通常可以提供比信號量更高的性能。
自旋鎖是一個互斥設備，他只能會兩個值：「鎖定」和「解鎖」。它通常實現為某個整數之中的單個位。
「測試並設置」的操作必須以原子方式完成。
任何時候，只要內核代碼擁有自旋鎖，在相關CPU上的搶占就會被禁止。
適用於自旋鎖的核心規則：
（1）任何擁有自旋鎖的代碼都必須使原子的，除服務中斷外（某些情況下也不能放棄CPU,如中斷服務也要獲得自旋鎖。為了避免這種鎖陷阱，需要在擁有自旋鎖時禁止中斷），不能放棄CPU（如休眠，休眠可發生在許多無法預期的地方）。否則CPU將有可能永遠自旋下去（死機）。
（2）擁有自旋鎖的時間越短越好。

需 要強調的是，自旋鎖別設計用於多處理器的同步機制，對於單處理器（對於單處理器並且不可搶占的內核來說，自旋鎖什麼也不作），內核在編譯時不會引入自旋鎖 機制，對於可搶占的內核，它僅僅被用於設置內核的搶占機制是否開啟的一個開關，也就是說加鎖和解鎖實際變成了禁止或開啟內核搶占功能。如果內核不支持搶 占，那麼自旋鎖根本就不會編譯到內核中。
內核中使用spinlock_t類型來表示自旋鎖，它定義在：
typedef struct {
raw_spinlock_t raw_lock;
#if defined(CONFIG_PREEMPT) && defined(CONFIG_SMP)
unsigned int break_lock;
#endif
} spinlock_t;

對於不支持SMP的內核來說，struct raw_spinlock_t什麼也沒有，是一個空結構。對於支持多處理器的內核來說，struct raw_spinlock_t定義為
typedef struct {
unsigned int slock;
} raw_spinlock_t;

slock表示了自旋鎖的狀態，「1」表示自旋鎖處於解鎖狀態（UNLOCK），「0」表示自旋鎖處於上鎖狀態（LOCKED）。
break_lock表示當前是否由進程在等待自旋鎖，顯然，它只有在支持搶占的SMP內核上才起作用。
自旋鎖的實現是一個復雜的過程，說它復雜不是因為需要多少代碼或邏輯來實現它，其實它的實現代碼很少。自旋鎖的實現跟體系結構關系密切，核心代碼基本也是由匯編語言寫成，與體協結構相關的核心代碼都放在相關的目錄下，比如。對於我們驅動程序開發人員來說，我們沒有必要了解這么spinlock的內部細節，如果你對它感興趣，請參考閱讀Linux內核源代碼。對於我們驅動的spinlock介面，我們只需包括頭文件。在我們詳細的介紹spinlock的API之前，我們先來看看自旋鎖的一個基本使用格式：
#include
spinlock_t lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;

spin_lock(&lock);
....
spin_unlock(&lock);

從使用上來說，spinlock的API還很簡單的，一般我們會用的的API如下表，其實它們都是定義在中的宏介面，真正的實現在中
#include
SPIN_LOCK_UNLOCKED
DEFINE_SPINLOCK
spin_lock_init( spinlock_t *)
spin_lock(spinlock_t *)
spin_unlock(spinlock_t *)
spin_lock_irq(spinlock_t *)
spin_unlock_irq(spinlock_t *)
spin_lock_irqsace(spinlock_t *，unsigned long flags)
spin_unlock_irqsace(spinlock_t *, unsigned long flags)
spin_trylock(spinlock_t *)
spin_is_locked(spinlock_t *)

• 初始化
spinlock有兩種初始化形式，一種是靜態初始化，一種是動態初始化。對於靜態的spinlock對象，我們用 SPIN_LOCK_UNLOCKED來初始化，它是一個宏。當然，我們也可以把聲明spinlock和初始化它放在一起做，這就是 DEFINE_SPINLOCK宏的工作，因此，下面的兩行代碼是等價的。
DEFINE_SPINLOCK (lock);
spinlock_t lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;

spin_lock_init 函數一般用來初始化動態創建的spinlock_t對象，它的參數是一個指向spinlock_t對象的指針。當然，它也可以初始化一個靜態的沒有初始化的spinlock_t對象。
spinlock_t *lock
......
spin_lock_init(lock);

• 獲取鎖
內核提供了三個函數用於獲取一個自旋鎖。
spin_lock：獲取指定的自旋鎖。
spin_lock_irq：禁止本地中斷並獲取自旋鎖。
spin_lock_irqsace：保存本地中斷狀態，禁止本地中斷並獲取自旋鎖，返回本地中斷狀態。

自旋鎖是可以使用在中斷處理程序中的，這時需要使用具有關閉本地中斷功能的函數，我們推薦使用 spin_lock_irqsave，因為它會保存加鎖前的中斷標志，這樣就會正確恢復解鎖時的中斷標志。如果spin_lock_irq在加鎖時中斷是關閉的，那麼在解鎖時就會錯誤的開啟中斷。

另外兩個同自旋鎖獲取相關的函數是：
spin_trylock()：嘗試獲取自旋鎖，如果獲取失敗則立即返回非0值，否則返回0。
spin_is_locked()：判斷指定的自旋鎖是否已經被獲取了。如果是則返回非0，否則，返回0。
• 釋放鎖
同獲取鎖相對應，內核提供了三個相對的函數來釋放自旋鎖。
spin_unlock：釋放指定的自旋鎖。
spin_unlock_irq：釋放自旋鎖並激活本地中斷。
spin_unlock_irqsave：釋放自旋鎖，並恢復保存的本地中斷狀態。

五、讀寫自旋鎖
如 果臨界區保護的數據是可讀可寫的，那麼只要沒有寫操作，對於讀是可以支持並發操作的。對於這種只要求寫操作是互斥的需求，如果還是使用自旋鎖顯然是無法滿 足這個要求（對於讀操作實在是太浪費了）。為此內核提供了另一種鎖－讀寫自旋鎖，讀自旋鎖也叫共享自旋鎖，寫自旋鎖也叫排他自旋鎖。
讀寫自旋鎖是一種比自旋鎖粒度更小的鎖機制，它保留了「自旋」的概念，但是在寫操作方面，只能最多有一個寫進程，在讀操作方面，同時可以有多個讀執行單元，當然，讀和寫也不能同時進行。
讀寫自旋鎖的使用也普通自旋鎖的使用很類似，首先要初始化讀寫自旋鎖對象：
// 靜態初始化
rwlock_t rwlock = RW_LOCK_UNLOCKED;
//動態初始化
rwlock_t *rwlock;
...
rw_lock_init(rwlock);

在讀操作代碼里對共享數據獲取讀自旋鎖：
read_lock(&rwlock);
...
read_unlock(&rwlock);

在寫操作代碼里為共享數據獲取寫自旋鎖：
write_lock(&rwlock);
...
write_unlock(&rwlock);

需要注意的是，如果有大量的寫操作，會使寫操作自旋在寫自旋鎖上而處於寫飢餓狀態（等待讀自旋鎖的全部釋放），因為讀自旋鎖會自由的獲取讀自旋鎖。

讀寫自旋鎖的函數類似於普通自旋鎖，這里就不一一介紹了，我們把它列在下面的表中。
RW_LOCK_UNLOCKED
rw_lock_init(rwlock_t *)
read_lock(rwlock_t *)
read_unlock(rwlock_t *)
read_lock_irq(rwlock_t *)
read_unlock_irq(rwlock_t *)
read_lock_irqsave(rwlock_t *, unsigned long)
read_unlock_irqsave(rwlock_t *, unsigned long)
write_lock(rwlock_t *)
write_unlock(rwlock_t *)
write_lock_irq(rwlock_t *)
write_unlock_irq(rwlock_t *)
write_lock_irqsave(rwlock_t *, unsigned long)
write_unlock_irqsave(rwlock_t *, unsigned long)
rw_is_locked(rwlock_t *)
六、順序瑣
順序瑣（seqlock）是對讀寫鎖的一種優化，若使用順序瑣，讀執行單元絕不會被寫執行單元阻塞，也就是說，讀執行單元可以在寫執行單元對被順序瑣保護的共享資源進行寫操作時仍然可以繼續讀，而不必等待寫執行單元完成寫操作，寫執行單元也不需要等待所有讀執行單元完成讀操作才去進行寫操作。
但是，寫執行單元與寫執行單元之間仍然是互斥的，即如果有寫執行單元在進行寫操作，其它寫執行單元必須自旋在哪裡，直到寫執行單元釋放了順序瑣。
如果讀執行單元在讀操作期間，寫執行單元已經發生了寫操作，那麼，讀執行單元必須重新讀取數據，以便確保得到的數據是完整的，這種鎖在讀寫同時進行的概率比較小時，性能是非常好的，而且它允許讀寫同時進行，因而更大的提高了並發性，
注意，順序瑣由一個限制，就是它必須被保護的共享資源不含有指針，因為寫執行單元可能使得指針失效，但讀執行單元如果正要訪問該指針，將導致Oops。
七、信號量
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經被佔用的信號量時，信號量會將其推進一個等待隊列，然後讓其睡眠，這時處理器能重獲自由，從而去執行其它代碼，當持有信號量的進程將信號量釋放後，處於等待隊列中的哪個任務被喚醒，並獲得該信號量。
信號量，或旗標，就是我們在操作系統里學習的經典的P/V原語操作。
P：如果信號量值大於0，則遞減信號量的值，程序繼續執行，否則，睡眠等待信號量大於0。
V：遞增信號量的值，如果遞增的信號量的值大於0，則喚醒等待的進程。

信號量的值確定了同時可以有多少個進程可以同時進入臨界區，如果信號量的初始值始1，這信號量就是互斥信號量（MUTEX）。對於大於1的非0值信號量，也可稱為計數信號量（counting semaphore）。對於一般的驅動程序使用的信號量都是互斥信號量。
類似於自旋鎖，信號量的實現也與體系結構密切相關，具體的實現定義在頭文件中，對於x86_32系統來說，它的定義如下：
struct semaphore {
atomic_t count;
int sleepers;
wait_queue_head_t wait;
};

信號量的初始值count是atomic_t類型的，這是一個原子操作類型，它也是一個內核同步技術，可見信號量是基於原子操作的。我們會在後面原子操作部分對原子操作做詳細介紹。

信號量的使用類似於自旋鎖，包括創建、獲取和釋放。我們還是來先展示信號量的基本使用形式：
static DECLARE_MUTEX(my_sem);
......
if (down_interruptible(&my_sem))

{
return -ERESTARTSYS;
}
......
up(&my_sem)

Linux內核中的信號量函數介面如下：
static DECLARE_SEMAPHORE_GENERIC(name, count);
static DECLARE_MUTEX(name);
seam_init(struct semaphore *, int);
init_MUTEX(struct semaphore *);
init_MUTEX_LOCKED(struct semaphore *)
down_interruptible(struct semaphore *);
down(struct semaphore *)
down_trylock(struct semaphore *)
up(struct semaphore *)
• 初始化信號量
信號量的初始化包括靜態初始化和動態初始化。靜態初始化用於靜態的聲明並初始化信號量。
static DECLARE_SEMAPHORE_GENERIC(name, count);
static DECLARE_MUTEX(name);

對於動態聲明或創建的信號量，可以使用如下函數進行初始化：
seam_init(sem, count);
init_MUTEX(sem);
init_MUTEX_LOCKED(struct semaphore *)

顯然，帶有MUTEX的函數始初始化互斥信號量。LOCKED則初始化信號量為鎖狀態。
• 使用信號量
信號量初始化完成後我們就可以使用它了
down_interruptible(struct semaphore *);
down(struct semaphore *)
down_trylock(struct semaphore *)
up(struct semaphore *)

down函數會嘗試獲取指定的信號量，如果信號量已經被使用了，則進程進入不可中斷的睡眠狀態。down_interruptible則會使進程進入可中斷的睡眠狀態。關於進程狀態的詳細細節，我們在內核的進程管理里在做詳細介紹。

down_trylock嘗試獲取信號量， 如果獲取成功則返回0，失敗則會立即返回非0。

當退出臨界區時使用up函數釋放信號量，如果信號量上的睡眠隊列不為空，則喚醒其中一個等待進程。

八、讀寫信號量
類似於自旋鎖，信號量也有讀寫信號量。讀寫信號量API定義在頭文件中，它的定義其實也是體系結構相關的，因此具體實現定義在頭文件中，以下是x86的例子：
struct rw_semaphore {
signed long count;
spinlock_t wait_lock;
struct list_head wait_list;
};

④ linux 中P V操作是

p V操作是關於互斥信號量的操作
是關於進程同步問題所用到的。
應該選D

不過這題有點弱，A也說得過去，無所謂高級低級

解釋一下
信號量其實是一個變數，由信號量保護共享資源。
信號量在創建的時候要設一個初始值
表示同時有幾個任務可以訪問信號量所保護的資源。
初始值為1就變成了互斥（MUTEX）
即 同時只有一個任務可以訪問。
簡單說 P操作就是如果信號量大於1，再把信號量減1。
v操作就是把信號量自增1。

運用：
需要訪問信號量所保護的共享資源時
調用P，
結束訪問時
調用V。
這樣，就實現了對共享資源的保護。
呵呵，復習了一下。

⑤ 如何使用Linux提供的信號量來實現進程的互斥和同步

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<semaphore.h>
#include<stdlib.h>
#define N 3
pthread_mutex_t mutex_w,mutex_r; // 定義讀寫互斥鎖
sem_t sem_w,sem_r; //定義讀寫信號量

int data[N];
int pos=0;
void *function_w(void *arg)
{
int w = *(int *)arg;
pos = w;
while(1)
{
usleep(100000);
sem_wait(&sem_w);//等待可寫的資源
pthread_mutex_lock(&mutex_w);//禁止別的線程寫此資源
data[pos] = w;
w++;
w++;
w++;
pos++;
pos=pos%N;
pthread_mutex_unlock(&mutex_w);//別的線程可寫此資源
sem_post(&sem_r);// 釋放一個讀資源
}
return (void *)0;
}
void *function_r(void *arg)
{
while(1)
{
sem_wait(&sem_r);//等待可讀的資源
pthread_mutex_lock(&mutex_r);//禁止別的線程讀此資源
printf("%d\n",data[(pos+N-1)%N]);
pthread_mutex_unlock(&mutex_r);//別的線程可讀此資源
sem_post(&sem_w);// 釋放一個寫資源
}
return (void *)0;
}
int main(int argc, char **argv)
{
pthread_t thread[2*N];

int i;

pthread_mutex_init(&mutex_w,NULL);
pthread_mutex_init(&mutex_r,NULL);
sem_init(&sem_w,0,N);
sem_init(&sem_r,0,0);

for(i=0;i<N;i++)
{
if ( pthread_create(&thread[i],NULL,function_w,(void *)&i) < 0)//創建寫線程
{
perror("pthread_create");
exit(-1);
}
}

for(i=N;i<2*N;i++)
{
if ( pthread_create(&thread[i],NULL,function_r,NULL) < 0)//創建讀線程
{
perror("pthread_create");
exit(-1);
}
}

sleep(1);

return(0);
}

⑥ linux下信號量和互斥鎖的區別

信號量用在多線程多任務同步的，一個線程完成了某一個動作就通過信號量告訴別的線程，別的線程再進行某些動作（大家都在semtake的時候，就阻塞在哪裡）。

而互斥鎖是用在多線程多任務互斥的，一個線程佔用了某一個資源，那麼別的線程就無法訪問，直到這個線程unlock，其他的線程才開始可以利用這個資源。比如對全局變數的訪問，有時要加鎖，操作完了，在解鎖。

有的時候鎖和信號量會同時使用的。我記得以前做的一個項目就是既有semtake，又有lock。

⑦ linux問題：信號量的互斥模式（也就是信號變數只為0和1）與互斥量是一回事嗎

不是一回事，但在一定程度上實現相同的功能

⑧ linux 信號量是什麼怎麼用

Linux信號量(semaphore)是一種互斥機制。即對某個互斥資源的訪問會收到信號量的保護，在訪問之前需要獲得信號量。
在操作完共享資源後，需釋放信號量，以便另外的進程來獲得資源。獲得和釋放應該成對出現。
獲得信號量集，需要注意的是，獲得的是一個集合，而不是一個單一的信號量。
#include
#include
#include
1: int semget(key_t key,int nsems,int semflg);
key:系統根據這個值來獲取信號量集。
nsems:此信號集包括幾個信號量。
semflg:創建此信號量的屬性。 （IPC_CREAT | IPC_EXCL | S_IRUSR | S_IWUSR)
成功則返回該信號量集的ID。
註：
既指定IPC_CREAT又指定IPC_EXCL時，如果系統中該信號量集已經存在，則馬上返回。
如果需要獲得存在的信號量，則將此參數置0.
2: int semctl(int semid,int senum,int cmd....)
semid:信號量ID。
senum:對信號量集中的第幾個信號量進行控制。（從0開始）
cmd:需要進行的操作。（SETVAL是其中的一個）。
根據cmd的不同可能存在第四個參數，cmd=SETVAL時，表示同時信號量可以被獲得幾次，如第四個參數
num=1表示只能被獲得一次，既被信號量保護的資源只能同時被一個程序使用。
該系統調用，是在對信號量初始化時用的。
-3： 「3」前面加了"-"表示當需要使用互斥資源時應該做這步。
int semop(int semid,struct sembuf *sem,int num_elements);
struct sembuf {
unsigned short sem_num; //該信號量集中的第幾個信號量。
int sem_op;//需要獲得還是釋放信號量
int sem_flg;//相關動作
};
num_elements:需要對該信號量集中的多少個信號量進行處理。
獲得信號量時，將sembuf結構提初始化為：
sem_num = 0; //該信號量集中的首個信號量
sem_op = -1; //獲得信號量
sem_flag = IPC_NOWAIT; //如果不能獲得信號量，馬上返回。
semop(semid,_sem,1);
同理釋放信號量時，將sem_op設為1.
以上是對信號量的簡單處理

⑨ linux pthread 信號量 佔用資源嗎

glibc提供的pthread互斥信號量可以用在進程內部，也可以用在進程間，可以在初始化時通過pthread_mutexattr_setpshared介面設置該信號量屬性，表示是進程內還是進程間。進程內的使用較為簡單，本文的總結主要是針對進程間的，進程內的也可以參考，其代碼實現原理是類似的。
一、實現原理
pthread mutex的實現是非常輕量級的，採用原子操作+futex系統調用。
在沒有競爭的情況下，即鎖空閑時，任務獲取信號量只需要通過原子操作鎖的狀態值，把值置為佔有，再記錄其他一些俄信息（owner，計數，如果使能回收功能則串入任務的信號量回收鏈表等），然後就返回了。
如果在獲取鎖時發現被佔用了，如果調用者需要睡眠等待，這時候會觸發futex系統調用，由內核繼續處理，內核會讓調用任務睡眠，並在適當時候喚醒（超時或者鎖狀態為可用）。
佔用鎖的任務釋放鎖時，如果沒有任務等待這把鎖，只需要把鎖狀態置為空閑即可。如果發現有其他任務在等待此鎖，則觸發futex系統調用，由內核喚醒等待任務。
由此可見，在沒有競爭的情況下，mutex只需要在用戶態操作鎖狀態值，無須陷入內核，是非常高效的。
獲取到鎖的任務沒有陷入內核，那麼當鎖支持優先順序翻轉時，高優先順序任務等待這把鎖，正常處理必須提升佔用鎖的任務優先順序。內核又是怎麼知道是哪個任務佔用了鎖呢？實現上，復用了鎖的狀態值，該值在空閑態時為0，非空閑態則保存了鎖的持有者ID，即PID,內核態通過PID就知道是那個任務了。
二、內核對鎖的管理
內核維護了一個hash鏈表，每把鎖都被插入到hash鏈表中去，hash值的計算如下（參考get_futex_key)：1，如果是進程內的鎖，則通
過鎖的虛擬地址+任務mm指針值+鎖在頁內偏移；2，如果是進程間的鎖，則會獲取鎖虛擬地址對應物理地址的page描述符，由page描述符構造
hash值。
這樣計算的原因是進程間的鎖在各個進程內虛擬地址可能是不同的，但都映射到同一個物理地址，對應同一個page描述符。所以，內
核使用它來定位是否同一個鎖。
這里對進程間互斥鎖計算hash值的方法，給進程間共享鎖的使用設置了一個隱患條件。下面描述這個問題。

三、進程間互斥信號量的使用限制：必須在系統管理的內存上定義mutex結構，而不能在用戶reserved的共享內存上定義mutex結構。
鎖要實現進程間互斥，必須各個進程都能看到這個鎖，因此，鎖結構必須放在共享內存上。
獲取系統的共享內存通過System V的API介面創建：shmget, shmat,shmdt。但是shmget的參數需要一個id值，各進程映射同一塊共享內存需要同樣的ID值。如果各個進程需要共享的共享內存比較多，如幾千上萬個，ID值如果管理？shmget的man幫助和一些示例代碼給出的是通過ftok函數把一個文件轉為ID值（實際就是把文件對應的INODE轉為ID值），但實際應用中，如果需要的共享內存個數較多，難道創建成千上萬個文件來使用？而且怎麼保證文件在進程的生命周期內不會被刪除或者重建？
當時開發的系統還存在另外一種共享內存，就是我們通過remap_pfn_range實現的，自己管理了這塊內存的申請釋放。申請介面參數為字元串，相同的字元串表示同一塊內存。因此，傾向於使用自己管理的共享內存存放mutex結構。但在使用中，發現這種方法達不到互斥的效果。為什麼？
原因是自己管理的共享內存在內核是通過remap_pfn_range實現的，內核會把這塊內存置為reserved，表示非內核管理，獲取鎖的HASH值時，查找不到page結構，返回失敗了。最後的解決方法還是通過shmget申請共享內存，但不是通過ftok獲取ID，而是通過字元串轉為ID值並處理沖突。

四、進程間互斥信號量回收問題。
假設進程P1獲取了進程間信號量，異常退出了，還沒有釋放信號量，這時候其他進程想來獲取信號量，能獲取的到嗎？
或者進程P1獲取了信號量後，其他進程獲取不到進入了睡眠後，P1異常退出了，誰來負責喚醒睡眠的進程？
好在系統設計上已經考慮了這一點。
只要在信號量初始化時調用pthread_mutexattr_setrobust_np設置支持信號量回收機制，然後，在獲取信號量時，如果原來佔有信號量的進程退出了，系統將會返回EOWNERDEAD，判斷是這個返回值後，調用pthread_mutex_consistent_np完成信號量owner的切換工作即可。
其原理如下：
任務創建時，會注冊一個robust list（用戶態鏈表）到內核的任務控制塊TCB中期，獲取了信號量時，會把信號量掛入鏈表。進程復位時，內核會遍歷此鏈表（內核必須非常小心，因為此時的鏈表信息可能不可靠了，可不能影響到內核），置上ownerdead的標志到鎖狀態，並喚醒等待在此信號量鏈表上的進程。
五、pthread介面使用說明
pthread_mutex_init: 根據指定的屬性初始化一個mutex，狀態為空閑。
pthread_mutex_destroy: 刪除一個mutex
pthread_mutex_lock/trylock/timedlock/unlock: 獲取鎖、釋放鎖。沒有競爭關系的情況下在用戶態只需要置下鎖的狀態值即返回了，無須陷入內核。但是timedlock的入參為超時時間，一般需要調用系統API獲取，會導致陷入內核，性能較差，實現上，可先trylock，失敗了再timedlock。
pthread_mutexattr_init:配置初始化
pthread_mutexattr_destroy:刪除配置初始化介面申請的資源
pthread_mutexattr_setpshared:設置mutex是否進程間共享
pthread_mutexattr_settype:設置類型，如遞歸調用，錯誤檢測等。
pthread_mutexattr_setprotocol:設置是否支持優先順序翻轉
pthread_mutexattr_setprioceiling:設置獲取信號量的任務運行在最高優先順序。
每個set介面都有對應的get介面。

六、pthread結構變數說明

struct __pthread_mutex_s
{
int __lock; ----31bit:這個鎖是否有等待者；30bit：這個鎖的owner是否已經掛掉了。其他bit位：0鎖狀態空閑，非0為持有鎖的任務PID；
unsigned int __count; ----獲取鎖的次數，支持嵌套調用，每次獲取到鎖值加1，釋放減1。
int __owner; ----鎖的owner
unsigned int __nusers; ----使用鎖的任務個數，通常為1（被佔用）或0（空閑）
int __kind;----鎖的屬性，如遞歸調用，優先順序翻轉等。
int __spins; ----SMP下，嘗試獲取鎖的次數，盡量不進入內核。
__pthread_list_t __list; ----把鎖插入回收鏈表，如果支持回收功能，每次獲取鎖時要插入任務控制塊的回收鏈表。
}__data;

⑩ linux多線程信號量怎麼實現互斥啊

信號量與互斥鎖之間的區別：1. 互斥量用於線程的互斥，信號量用於線程的同步。 這是互斥量和信號量的根本區別，也就是互斥和同步之間的區別。 互斥：是指某一資源同時只允許一個訪問者對其進行訪問，具有唯一性和排它性。但互斥無法限制訪問者對資源的訪問順序，即訪問是無序的。 同步：是指在互斥的基礎上（大多數情況），通過其它機制實現訪問者對資源的有序訪問。在大多數情況下，同步已經實現了互斥，特別是所有寫入資源的情況必定是互斥的。少數情況是指可以允許多個訪問者同時訪問資源 2. 互斥量值只能為0/1，信號量值可以為非負整數。 也就是說，一個互斥量只能用於一個資源的互斥訪問，它不能實現多個資源的多線程互斥問題。信號量可以實現多個同類資源的多線程互斥和同步。當信號量為單值信號量是，也可以完成一個資源的互斥訪問。 3. 互斥量的加鎖和解鎖必須由同一線程分別對應使用，信號量可以由一個線程釋放，另一個線程得到。