网站做等保二级收费多少,wordpress大前端dux-plus,制作企业网站,做网站商丘linux线程基础----线程同步与互斥 一、同步的概念 1.同步概念 所谓同步#xff0c;即同时起步#xff0c;协调一致。不同的对象#xff0c;对“同步”的理解方式略有不同。如#xff0c;设备同步#xff0c;是指在两个设备 之间规定一个共同的时间参考#xff1b;数据库同…linux线程基础----线程同步与互斥 一、同步的概念 1.同步概念 所谓同步即同时起步协调一致。不同的对象对“同步”的理解方式略有不同。如设备同步是指在两个设备 之间规定一个共同的时间参考数据库同步是指让两个或多个数据库内容保持一致或者按需要部分保持一致 文件同步是指让两个或多个文件夹里的文件保持一致等等。而编程中、通信中所说的同步与生活中大家印象中的 同步概念略有差异。“同”字应是指协同、协助、互相配合。主旨在协同步调按预定的先后次序运行。 2.数据混乱的原因 1. 资源共享独享资源则不会 2. 调度随机意味着数据访问会出现竞争 3. 线程间缺乏必要的同步机制。 以上3点中前两点不能改变欲提高效率传递数据资源必须共享。只要共享资源就一定会出现竞争。只要存在竞争关系 数据就很容易出现混乱。所以只能从第三点着手解决。使多个线程在访问共享资源的时候出现互斥。 3.线程同步 同步即协同步调按预定的先后次序运行。 线程同步指一个线程发出某一功能调用时在没有得到结果之前该调用不返回。同时其它线程为保证数据一致性不能调用 该功能。同步”的目的是为了避免数据混乱解决与时间有关的错误。实际上不仅线程间需要同步进程间、信号间等等都 需要同步机制。因此所有“多个控制流共同操作一个共享资源”的情况都需要同步。 二、线程同步 线程同步主要有互斥锁条件变量读写锁和信号量还有自旋锁但在用户层不常用具体参考APUE11.6.7自旋锁 1.互斥锁 Linux中提供一把互斥锁mutex也称之为互斥量。 每个线程在对资源操作前都尝试先加锁成功加锁才能操作操作结束解锁。 资源还是共享的线程间也还是竞争的 但通过“锁”就将资源的访问变成互斥操作而后与时间有关的错误也不会再产生了。 但应注意同一时刻只能有一个线程持有该锁。 当A线程对某个全局变量加锁访问B在访问前尝试加锁拿不到锁B阻塞。 C线程不去加锁而直接访问该全局变量依然能够访问但会出现数据混乱。 所以互斥锁实质上是操作系统提供的一把“建议锁”又称“协同锁” 建议程序中有多线程访问共享资源的时候使用该机制。但并没有强制限定。 因此即使有了mutex如果有线程不按规则来访问数据依然会造成数据混乱。 主要应用函数 pthread_mutex_init函数 pthread_mutex_destroy函数 pthread_mutex_lock函数 pthread_mutex_trylock函数 pthread_mutex_unlock函数 以上5个函数的返回值都是成功返回0 失败返回错误号。 pthread_mutex_t 类型其本质是一个结构体。为简化理解应用时可忽略其实现细节简单当成整数看待。 pthread_mutex_t mutex; 变量mutex只有两种取值1、0。 pthread_mutex_init函数 初始化一个互斥锁(互斥量) --- 初值可看作1 int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr); 参1传出参数调用时应传 mutex restrict关键字只用于限制指针告诉编译器所有修改该指针指向内存中内容的操作只能通过本指针完成。 不能通过除本指针以外的其他变量或指针修改 参2互斥量属性。是一个传入参数通常传NULL选用默认属性(线程间共享)。 参APUE.12.4同步属性 静态初始化如果互斥锁 mutex 是静态分配的定义在全局或加了static关键字修饰可以直接使用宏进行初始化。e.g. pthead_mutex_t muetx PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;动态初始化局部变量应采用动态初始化。e.g. pthread_mutex_init(mutex, NULL) pthread_mutex_destroy函数 销毁一个互斥锁 int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); pthread_mutex_lock函数 加锁。可理解为将mutex--或-1 int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); pthread_mutex_unlock函数 解锁。可理解为将mutex 或1 int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); pthread_mutex_trylock函数 尝试加锁 int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); 加锁与解锁 lock与unlock lock尝试加锁如果加锁不成功线程阻塞阻塞到持有该互斥量的其他线程解锁为止。 unlock主动解锁函数同时将阻塞在该锁上的所有线程全部唤醒至于哪个线程先被唤醒取决于优先级、调度。默认先阻塞、先唤醒。 例如T1 T2 T3 T4 使用一把mutex锁。T1加锁成功其他线程均阻塞直至T1解锁。T1解锁后T2 T3 T4均被唤醒并自动再次尝试加锁。 可假想mutex锁 init成功初值为1。 lock 功能是将mutex-- unlock将mutex lock与trylock lock加锁失败会阻塞等待锁释放。 trylock加锁失败直接返回错误号如EBUSY不阻塞。 示例代码生产者与消费者头文件参考UNPV22E /* include main */
#include unpipc.h#define MAXNITEMS 1000000
#define MAXNTHREADS 100int nitems; /* read-only by producer and consumer */
struct {pthread_mutex_t mutex;int buff[MAXNITEMS];int nput;int nval;
} shared { PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER };void *produce(void *), *consume(void *);int
main(int argc, char **argv)
{int i, nthreads, count[MAXNTHREADS];pthread_t tid_produce[MAXNTHREADS], tid_consume;if (argc ! 3)err_quit(usage: prodcons2 #items #threads);nitems min(atoi(argv[1]), MAXNITEMS);nthreads min(atoi(argv[2]), MAXNTHREADS);Set_concurrency(nthreads);/* 4start all the producer threads */for (i 0; i nthreads; i) {count[i] 0;Pthread_create(tid_produce[i], NULL, produce, count[i]);}/* 4wait for all the producer threads */for (i 0; i nthreads; i) {Pthread_join(tid_produce[i], NULL);printf(count[%d] %d\n, i, count[i]); }/* 4start, then wait for the consumer thread */Pthread_create(tid_consume, NULL, consume, NULL);Pthread_join(tid_consume, NULL);exit(0);
}
/* end main *//* include producer */
void *
produce(void *arg)
{for ( ; ; ) {Pthread_mutex_lock(shared.mutex);if (shared.nput nitems) {Pthread_mutex_unlock(shared.mutex);return(NULL); /* array is full, were done */}shared.buff[shared.nput] shared.nval;shared.nput;shared.nval;Pthread_mutex_unlock(shared.mutex);*((int *) arg) 1;}
}void *
consume(void *arg)
{int i;for (i 0; i nitems; i) {if (shared.buff[i] ! i)printf(buff[%d] %d\n, i, shared.buff[i]);}return(NULL);
}
/* end producer */ mutex_prodcons2.c 2.条件变量 条件本身不是锁但它也可以造成线程阻塞。通常与互斥锁配合使用。给多线程提供一个会合的场所。 互斥锁用于上锁条件变量用于等待。 主要应用函数 pthread_cond_init函数 pthread_cond_destroy函数 pthread_cond_wait函数 pthread_cond_timedwait函数 pthread_cond_signal函数 pthread_cond_broadcast函数 以上6 个函数的返回值都是成功返回0 失败直接返回错误号。 pthread_cond_t类型 用于定义条件变量 pthread_cond_t cond; pthread_cond_init函数 初始化一个条件变量定义在全局因为要在子线程中使用。 int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr); 参2attr表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定义在全局 pthread_cond_t cond PTHREAD_COND_INITIALIZER; pthread_cond_destroy函数 销毁一个条件变量 int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond); pthread_cond_wait函数 阻塞等待一个条件变量 int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex); 函数作用 1.阻塞等待条件变量cond参1满足 2.释放已掌握的互斥锁解锁互斥量相当于pthread_mutex_unlock(mutex); 1.2.两步为一个原子操作不可分割。 3.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); pthread_cond_timedwait函数 限时等待一个条件变量使用相对时间所以要先使用time()函数获取当前时间。 int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime); 参3 struct timespec { time_t tv_sec; /* seconds */ 秒 long tv_nsec; /* nanosecondes*/ 纳秒 } 形参abstime绝对时间。 如time(NULL)返回的就是绝对时间。而alarm(1)是相对时间相对当前时间定时1秒钟。 struct timespec t {1, 0}; sem_timedwait(sem, t); 这样只能定时到 1970年1月1日 00:00:01秒(早已经过去) 正确用法 time_t cur time(NULL); 获取当前时间。 struct timespec t; 定义timespec 结构体变量t t.tv_sec cur1; 定时1秒 pthread_cond_timedwait (cond, t); 传参 参APUE.11.6线程同步 在讲解setitimer函数时我们还提到另外一种时间类型 struct timeval { time_t tv_sec; /* seconds */ 秒 suseconds_t tv_usec; /* microseconds */ 微秒 }; pthread_cond_signal函数 唤醒至少一个阻塞在条件变量上的线程 int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond); pthread_cond_broadcast函数 唤醒全部阻塞在条件变量上的线程 int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); 示例代码生产者消费者模型 /*借助条件变量模拟 生产者-消费者 问题*/
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include pthread.h
#include stdio.h/*链表作为公享数据,需被互斥量保护*/
struct msg {struct msg *next;int num;
};
struct msg *head;/* 静态初始化 一个条件变量 和 一个互斥量*/
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) { //头指针为空,说明没有节点 可以为if吗pthread_cond_wait(has_product, lock);}mp head; head mp-next; //模拟消费掉一个产品pthread_mutex_unlock(lock);printf(-Consume %lu---%d\n, pthread_self(), mp-num);free(mp);sleep(rand() % 4);}
}void *producer(void *p)
{struct msg *mp;for (;;) {mp malloc(sizeof(struct msg));mp-num rand() % 1000 1; //模拟生产一个产品printf(-Produce -------------%d\n, mp-num);pthread_mutex_lock(lock);mp-next head;head mp;pthread_mutex_unlock(lock);pthread_cond_signal(has_product); //将等待在该条件变量上的一个线程唤醒
sleep(rand() % 4);}
}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_create(cid, NULL, consumer, NULL);pthread_create(cid, NULL, consumer, NULL);pthread_create(cid, NULL, consumer, NULL);pthread_join(pid, NULL);pthread_join(cid, NULL);return 0;
} 条件变量的优点 相较于mutex而言条件变量可以减少竞争。如直接使用mutex除了生产者、消费者之间要竞争互斥量以外 消费者之间也需要竞争互斥量但如果汇聚链表中没有数据消费者之间竞争互斥锁是无意义的。 有了条件变量机制以后只有生产者完成生产才会引起消费者之间的竞争。提高了程序效率。 3.读写锁 与互斥量类似但读写锁允许更高的并行性。其特性为写独占读共享。 读写锁状态 一把读写锁具备三种状态 1. 读模式下加锁状态 (读锁) 2. 写模式下加锁状态 (写锁) 3. 不加锁状态 读写锁特性 1.读写锁是“写模式加锁”时 解锁前所有对该锁加锁的线程都会被阻塞。 2.读写锁是“读模式加锁”时 如果线程以读模式对其加锁会成功如果线程以写模式加锁会阻塞。 3.读写锁是“读模式加锁”时 既有试图以写模式加锁的线程也有试图以读模式加锁的线程。 那么读写锁会阻塞随后的读模式锁请求。优先满足写模式锁。读锁、写锁并行阻塞写锁优先级高 读写锁也叫共享-独占锁。当读写锁以读模式锁住时它是以共享模式锁住的当它以写模式锁住时它是以独占模式锁住的。写独占、读共享。 读写锁非常适合于对数据结构读的次数远大于写的情况。 主要应用函数 pthread_rwlock_init函数 pthread_rwlock_destroy函数 pthread_rwlock_rdlock函数 pthread_rwlock_wrlock函数 pthread_rwlock_tryrdlock函数 pthread_rwlock_trywrlock函数 pthread_rwlock_unlock函数 以上7 个函数的返回值都是成功返回0 失败直接返回错误号。 pthread_rwlock_t类型 用于定义一个读写锁变量。 pthread_rwlock_t rwlock; pthread_rwlock_init函数 初始化一把读写锁 int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr); 参2attr表读写锁属性通常使用默认属性传NULL即可。 pthread_rwlock_destroy函数 销毁一把读写锁 int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock); pthread_rwlock_rdlock函数 以读方式请求读写锁。常简称为请求读锁 int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); pthread_rwlock_wrlock函数 以写方式请求读写锁。常简称为请求写锁 int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); pthread_rwlock_unlock函数 解锁 int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock); pthread_rwlock_tryrdlock函数 非阻塞以读方式请求读写锁非阻塞请求读锁 int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); pthread_rwlock_trywrlock函数 非阻塞以写方式请求读写锁非阻塞请求写锁 int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); 示例代码同时有多个线程对同一全局数据读、写操作。 #include stdio.h
#include unistd.h
#include pthread.hint counter;
pthread_rwlock_t rwlock;/* 3个线程不定时写同一全局资源5个线程不定时读同一全局资源 */
void *th_write(void *arg)
{int t;int i (int)arg;while (1) {pthread_rwlock_wrlock(rwlock);t counter; usleep(1000);printf(write %d: %lu: counter%d counter%d\n, i, pthread_self(), t, counter);pthread_rwlock_unlock(rwlock);usleep(10000);}return NULL;
}
void *th_read(void *arg)
{int i (int)arg;while (1) {pthread_rwlock_rdlock(rwlock);printf(----------------------------read %d: %lu: %d\n, i, pthread_self(), counter);pthread_rwlock_unlock(rwlock);usleep(2000);}return NULL;
}int main(void)
{int i;pthread_t tid[8];pthread_rwlock_init(rwlock, NULL);for (i 0; i 3; i)pthread_create(tid[i], NULL, th_write, (void *)i);for (i 0; i 5; i)pthread_create(tid[i3], NULL, th_read, (void *)i);for (i 0; i 8; i)pthread_join(tid[i], NULL);pthread_rwlock_destroy(rwlock);return 0;
} 4.信号量 信号量有posix有名信号量和无名信号量还有system V信号量在这里主要介绍posix无名信号量用于线程同步。 进化版的互斥锁1 -- N 由于互斥锁的粒度比较大如果我们希望在多个线程间对某一对象的部分数据进行共享使用互斥锁是没有办法实现的只能将整个数据对象锁住。 这样虽然达到了多线程操作共享数据时保证数据正确性的目的却无形中导致线程的并发性下降。线程从并行执行变成了串行执行。与直接使用单进程无异。 信号量是相对折中的一种处理方式既能保证同步数据不混乱又能提高线程并发 主要应用函数 sem_init函数 sem_destroy函数 sem_wait函数 sem_trywait函数 sem_timedwait函数 sem_post函数 以上6 个函数的返回值都是成功返回0 失败返回-1同时设置errno。(注意它们没有pthread前缀) 可以使用perror函数打印出错信息。 sem_t类型本质仍是结构体。但应用期间可简单看作为整数忽略实现细节类似于使用文件描述符。 sem_t sem; 规定信号量sem不能 0。头文件 semaphore.h 信号量基本操作 sem_wait: 1. 信号量大于0则信号量-- 类比pthread_mutex_lock | 2. 信号量等于0造成线程阻塞 对应 | sem_post 将信号量同时唤醒阻塞在信号量上的线程 类比pthread_mutex_unlock 但由于sem_t的实现对用户隐藏所以所谓的、--操作只能通过函数来实现而不能直接、--符号。 信号量的初值决定了占用信号量的线程的个数。 sem_init函数 初始化一个信号量 int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); 参1sem信号量 参2pshared取0用于线程间取非0用于进程间 参3value指定信号量初值 sem_destroy函数 销毁一个信号量 int sem_destroy(sem_t *sem); sem_wait函数 给信号量加锁 -- int sem_wait(sem_t *sem); sem_post函数 给信号量解锁 int sem_post(sem_t *sem); sem_trywait函数 尝试对信号量加锁 -- (与sem_wait的区别类比lock和trylock) int sem_trywait(sem_t *sem); sem_timedwait函数 限时尝试对信号量加锁 -- int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout); 参2abs_timeout采用的是绝对时间。 定时1秒 time_t cur time(NULL); 获取当前时间。 struct timespec t; 定义timespec 结构体变量t t.tv_sec cur1; 定时1秒 sem_timedwait(sem, t); 传参 示例代码生成者消费者模型一个生产者多个消费者 /*信号量实现 生产者 消费者问题*/
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include pthread.h
#include stdio.h
#include semaphore.h#define NUM 5 int idex 0;
pthread_mutex_t lock PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; //解决多个消费者之间的竞争
int queue[NUM]; //全局数组实现环形队列
sem_t blank_number, product_number; //空格子信号量, 产品信号量
void *producer(void *arg)
{int i 0;while (1) {sem_wait(blank_number); //生产者将空格子数--,为0则阻塞等待queue[i] rand() % 1000 1; //生产一个产品printf(----Produce---%d\n, queue[i]); sem_post(product_number); //将产品数
i (i1) % NUM; //借助下标实现环形sleep(rand()%1);}
}void *consumer(void *arg)
{while (1) {sem_wait(product_number); //消费者将产品数--,为0则阻塞等待printf(-Consume---%d %lu\n, queue[idex], pthread_self());queue[idex] 0; //消费一个产品 sem_post(blank_number); //消费掉以后,将空格子数
pthread_mutex_lock(lock);idex (idex1) % NUM;pthread_mutex_unlock(lock);sleep(rand()%1);}
}int main(int argc, char *argv[])
{pthread_t pid, cid;sem_init(blank_number, 0, NUM); //初始化空格子信号量为5sem_init(product_number, 0, 0); //产品数为0
pthread_create(pid, NULL, producer, NULL);pthread_create(cid, NULL, consumer, NULL);pthread_create(cid, NULL, consumer, NULL);pthread_create(cid, NULL, consumer, NULL);pthread_create(cid, NULL, consumer, 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;
} 转载于:https://www.cnblogs.com/FREMONT/p/9482524.html
