Unix/Linux操作系统-线程同步

内容导读

互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了Unix/Linux操作系统-线程同步，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含4348字，纯文字阅读大概需要7分钟。

内容图文

一、同步、竞争、互斥

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• 同步：达到某种状态，当多个线程同时访问其共享的资源时，需要相互协调，防止出现数据不一致、不完整的问题。
• 竞争：有些资源在同一时刻只有一个线程访问，对于这种资源的访问，需要竞争。
• 互斥：当资源获取到后，能够防止资源被其他线程再次获取的方法交互斥。

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二、互斥量

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pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t *mutex,pthread_mutexattr_t *mutexattr)

功能：初始化互斥量,使用第二互斥量来初始化第一个互斥量，如果第二个为空，则使用默认参数初始化互斥量,也可以使用宏来初始化。

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int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t *mutex)

功能：销毁互斥量
注意：互斥量是一个结构体，里面有成员是指针，指向了堆内存数据，需要显式初始化函数以及销毁函数。如果使用堆内存存储互斥量，需要在调用了销毁函数后，再进行free。

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int pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *mutex)

功能：锁定互斥量，当互斥量是锁定状态，此函数则阻塞（直到互斥量在其它线程中解锁，调用者者线程加锁成功才返回）。
注意：互斥量一旦加锁，只有它自己能解。

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int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *mutex)

功能：尝试锁定互斥量，能锁就锁，不能锁就返回。

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int pthread_mutex_timedlock (pthread_mutex_t *mutex,struct timespec *abstime)

功能：在指定时间内锁定一个互斥量(使用的系统时间)。

struct timespec
{
	time_t tv_sec;        /* Seconds.  */
	long int tv_nsec;       /* Nanoseconds.  */
};

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int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *mutex)

功能：解锁

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三、死锁

• 死锁：多个线程进行等待对方的资源，在得到所有的资源继续运行前，都不会释放自己的资源，这样造成的循环等待现象。
• 构成死锁的四大必要条件：
  • 资源互斥
  • 占有，还想占有（请求并保持）
  • 资源不可剥夺
  • 环路等待（互相等待）
• 防止死锁的方法：
  • 破坏构成死锁的四大必要条件之一
    • 破坏互斥条件，让资源能够共享（有些资源不能共享，如打印机）
    • 破坏请求并保持状态，采用预分配的方法，程序运行前，一次申请好所需要的所有资源（资源容易浪费）
    • 破坏不可剥夺条件，对已经占用资源的线程发送取消请求，但是实现起来比较困难。
    • 破坏循环等待条件，为每个资源进行编号，采用顺序的资源分配方法，规定每个线程必须按照递增的顺序请求资源，缺点是编号必须相对稳定，增加新资源时会比较麻烦，而且有些特殊的业务逻辑不能完全按照指定的顺序分配资源
• 避免产生死锁的算法（银行家算法）：
  • 产生死锁后无法消除，在产生死锁前，尽量避免产生死锁
    • 贷款的额度不能超过银行现有资金的总和
    • 分批向银行贷款，但是货款额度不能超过最开始最大需求量的总和
    • 银行如果不能满足客户的需要，必须即时给出答复
    • 客户必须在规定时间内还款
• 如果检测到死锁：
  • 画出资源分配图，并简化，模拟资源分配的过程
  • 监控线程或进程的栈内存使用情况
  • 设计看门狗机制（TCP心跳包）

四、信号量

#include <semaphore.h>

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
功能：初始化信号量（创建信号量）
sem：信号量ID,输出
pshared：一般为0(线程之间)进程中使用的。非零表示进程间使用，但Linux不支持
value:信号量的初始化

int sem_wait(sem_t *sem);
功能：信号量减1,不够减则阻塞(信号量为0时)

int sem_trywait(sem_t *sem);
功能：信号量减1,不够减时立即返回-1

int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);
功能:信号量减1，不够减则阻塞,直到abs_timeout超时返回-1

int sem_post(sem_t *sem);
功能:信号量+1

int sem_destroy(sem_t *sem);
功能:销毁信号量

int sem_getvalue(sem_t *sem, int *sval);
功能：获取信号量的值

五、生产者与消费者模型

六、条件变量

• 条件变量可以让线程在满足特定的条件下暂停（睡眠）。但是必须要在互斥量的配合下使用

int pthread_cond_init (pthread_cond_t *cond,pthread_condattr_t *cond_attr)
功能:初始化条件变量
cond:待初始化的条件变量
cond_attr:条件变量的属性

int pthread_cond_destroy (pthread_cond_t *cond)
cond:销毁条件变量

int pthread_cond_wait (pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex)
功能:让调用者线程进入睡眠，并解锁一个互斥量
cond:线程睡入的条件变量
mutex:线程睡眠前的要解锁的互斥量(是不是锁定状态没有关系)

int pthread_cond_signal (pthread_cond_t *cond)
cond:唤醒条件变量中的1个线程(先睡先醒)
注意:线程醒的前提条件是互斥量必须是解锁状态的，线程醒前会再次加锁，如果不能加锁就不会醒来

int pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex,struct timespec *abstime)
功能:让调用者线程进入睡眠(指定睡眠时间)，并解锁一个互斥量
注意:系统时间

七、哲学家就餐问题

哲学家就餐问题可以这样表述，假设有五位哲学家围坐在一张圆形餐桌旁，做以下两件事情之一：吃饭，或者思考。吃东西的时候，他们就停止思考，思考的时候也停止吃东西。餐桌中间有一大碗意大利面，每两个哲学家之间有一只餐叉。因为用一只餐叉很难吃到意大利面，所以假设哲学家必须用两只餐叉吃东西。他们只能使用自己左右手边的那两只餐叉。哲学家就餐问题有时也用米饭和筷子而不是意大利面和餐叉来描述，因为很明显，吃米饭必须用两根筷子。
提示：使用条件变量和互斥量实现。

内容总结

以上是互联网集市为您收集整理的Unix/Linux操作系统-线程同步全部内容，希望文章能够帮你解决Unix/Linux操作系统-线程同步所遇到的程序开发问题。 如果觉得互联网集市技术教程内容还不错，欢迎将互联网集市网站推荐给程序员好友。

内容备注

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