Linux互斥锁实验的代码步骤

时间: 2023-07-09 09:21:37 浏览: 45
上面已经给出了Linux互斥锁实验的代码示例,这里再详细一些地解释一下。 ```c #include <pthread.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> pthread_mutex_t mutex; int resource = 0; void *resource_owner_thread(void *arg) { pthread_mutex_lock(&mutex); resource++; printf("Resource Owner: Incremented resource to %d\n", resource); pthread_mutex_unlock(&mutex); pthread_exit(NULL); } void *resource_user_thread(void *arg) { pthread_mutex_lock(&mutex); printf("Resource User: Using resource with value %d\n", resource); pthread_mutex_unlock(&mutex); pthread_exit(NULL); } int main(int argc, char **argv) { pthread_t threads[10]; pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // Create resource owner thread pthread_create(&threads[0], NULL, resource_owner_thread, NULL); // Create multiple resource user threads int i; for (i = 1; i < 10; i++) { pthread_create(&threads[i], NULL, resource_user_thread, NULL); } // Wait for all threads to complete for (i = 0; i < 10; i++) { pthread_join(threads[i], NULL); } pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; } ``` 首先,需要包含`pthread.h`头文件,该头文件中包含了使用互斥锁的相关函数和数据类型。然后,创建一个全局变量`resource`,用于模拟共享资源。 接下来,定义两个线程函数`resource_owner_thread`和`resource_user_thread`。其中,`resource_owner_thread`线程用于模拟资源的占用,它使用`pthread_mutex_lock`函数对互斥锁进行加锁操作,然后对共享资源进行修改,最后使用`pthread_mutex_unlock`函数对互斥锁进行解锁操作。`resource_user_thread`线程用于模拟资源的访问,它也使用`pthread_mutex_lock`函数对互斥锁进行加锁操作,然后读取共享资源的值,最后使用`pthread_mutex_unlock`函数对互斥锁进行解锁操作。 在主函数中,首先定义了一个`pthread_mutex_t`类型的互斥锁变量`mutex`,并使用`pthread_mutex_init`函数进行初始化。然后,创建一个资源占用线程和多个资源访问线程。在创建线程时,使用`pthread_create`函数指定线程函数和参数,并将线程标识符保存在`threads`数组中。最后,使用`pthread_join`函数等待所有线程执行完毕,然后使用`pthread_mutex_destroy`函数销毁互斥锁。

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Linux互斥锁实验的实验步骤如下: 1. 创建一个线程,用于模拟资源的占用。 2. 创建多个线程,用于同时访问该资源。 3. 在多个线程同时访问资源之前,需要先创建互斥锁。 4. 在访问资源的代码块前,使用互斥锁进行加锁操作。 5. 在访问资源的代码块后,使用互斥锁进行解锁操作。 6. 通过观察程序的输出结果,判断互斥锁是否生效,是否能够避免资源的竞争访问问题。 具体的代码实现可以参考以下示例: c #include #include <stdio.h> #include <stdlib.h> pthread_mutex_t mutex; int resource = 0; void *resource_owner_thread(void *arg) { pthread_mutex_lock(&mutex); resource++; printf("Resource Owner: Incremented resource to %d\n", resource); pthread_mutex_unlock(&mutex); pthread_exit(NULL); } void *resource_user_thread(void *arg) { pthread_mutex_lock(&mutex); printf("Resource User: Using resource with value %d\n", resource); pthread_mutex_unlock(&mutex); pthread_exit(NULL); } int main(int argc, char **argv) { pthread_t threads[10]; pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // Create resource owner thread pthread_create(&threads[0], NULL, resource_owner_thread, NULL); // Create multiple resource user threads int i; for (i = 1; i < 10; i++) { pthread_create(&threads[i], NULL, resource_user_thread, NULL); } // Wait for all threads to complete for (i = 0; i < 10; i++) { pthread_join(threads[i], NULL); } pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; } 在以上的代码中,pthread_mutex_t类型的变量mutex用于创建互斥锁。在resource_owner_thread线程中,使用pthread_mutex_lock函数对互斥锁进行加锁操作,然后对共享资源进行修改。在resource_user_thread线程中,也使用pthread_mutex_lock函数对互斥锁进行加锁操作,然后读取共享资源的值。最后,在所有线程执行完毕后,使用pthread_mutex_destroy函数销毁互斥锁。
互斥锁是一种保护共享资源的同步机制,用于避免多个线程同时访问共享资源而导致数据不一致的问题。 在Linux系统中,可以使用pthread库提供的pthread_mutex_t类型来创建互斥锁。下面是一个简单的互斥锁实验: c #include <stdio.h> #include pthread_mutex_t mutex; void *thread_func(void *arg) { pthread_mutex_lock(&mutex); printf("Thread %ld acquired the lock.\n", (long)arg); sleep(1); printf("Thread %ld released the lock.\n", (long)arg); pthread_mutex_unlock(&mutex); return NULL; } int main(int argc, char *argv[]) { pthread_t threads[5]; pthread_mutex_init(&mutex, NULL); for (long i = 0; i < 5; i++) { pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, (void *)i); } for (int i = 0; i < 5; i++) { pthread_join(threads[i], NULL); } pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; } 在这个实验中,我们创建了5个线程,它们会依次尝试获取互斥锁,执行一段代码,然后释放互斥锁。我们可以通过观察输出结果来分析互斥锁的工作原理。 运行上面的代码,得到的输出结果可能如下: Thread 0 acquired the lock. Thread 0 released the lock. Thread 1 acquired the lock. Thread 1 released the lock. Thread 2 acquired the lock. Thread 2 released the lock. Thread 3 acquired the lock. Thread 3 released the lock. Thread 4 acquired the lock. Thread 4 released the lock. 可以看到,每个线程都会先尝试获取互斥锁,如果锁已经被其他线程持有,则会进入阻塞状态,等待锁被释放。只有当一个线程成功获取锁之后,才能执行临界区代码。执行完临界区代码后,线程会释放锁,并让其他线程继续争夺锁。 通过互斥锁,我们可以保证共享资源在同一时间只被一个线程访问,从而避免了数据竞争和不一致的问题。
Linux 互斥锁主要是通过内核中的 mutex API 实现的。下面是一个简单的互斥锁示例代码: #include #include <stdio.h> pthread_mutex_t mutex; void *thread_func(void *arg) { pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁 printf("Thread %d is in critical section\n", *((int*)arg)); pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁 return NULL; } int main() { pthread_t tid[2]; int thread_num[2] = {1, 2}; pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // 初始化互斥锁 pthread_create(&tid[0], NULL, thread_func, &thread_num[0]); pthread_create(&tid[1], NULL, thread_func, &thread_num[1]); pthread_join(tid[0], NULL); pthread_join(tid[1], NULL); pthread_mutex_destroy(&mutex); // 销毁互斥锁 return 0; } 在该示例中,我们首先使用 pthread_mutex_init() 初始化互斥锁并创建两个线程。线程函数 thread_func() 中,通过 pthread_mutex_lock() 和 pthread_mutex_unlock() 来进行锁的加解锁操作。 下面是互斥锁的源代码分析: 互斥锁的数据结构定义如下: typedef struct { int count; int owner; struct futex q; } mutex_t; 其中,count 表示锁的计数,owner 表示当前持有锁的线程 ID,q 表示等待队列。 下面是互斥锁的加锁操作 mutex_lock() 的源代码: void mutex_lock(mutex_t *lock) { if (atomic_inc_return(&lock->count) == 1) { lock->owner = current_thread_id(); return; } if (lock->owner == current_thread_id()) return; futex_down(&lock->q, lock->count, current_thread_id()); lock->owner = current_thread_id(); } 在该函数中,我们首先通过原子加操作 atomic_inc_return() 来将 lock->count 加 1,并判断锁是否已经被占用。如果是第一个线程获取锁,那么直接将 lock->owner 设置为当前线程 ID 并返回,否则则将当前线程加入到等待队列中并阻塞。 下面是互斥锁的解锁操作 mutex_unlock() 的源代码: void mutex_unlock(mutex_t *lock) { if (!atomic_dec_return(&lock->count)) { lock->owner = 0; futex_up(&lock->q, 1); } } 在该函数中,我们首先通过原子减操作 atomic_dec_return() 将 lock->count 减 1,并判断是否为 0。如果为 0,则将 lock->owner 设置为 0 并唤醒等待队列中的一个线程。 综上所述,Linux 互斥锁主要是通过内核中的 mutex API 实现的。在加锁操作中,通过原子操作对计数进行加一,并根据计数判断是否需要将当前线程加入到等待队列中;在解锁操作中,通过原子操作对计数进行减一,并根据计数判断是否需要唤醒等待队列中的一个线程。
以下是FreeRTOS互斥锁测试代码的示例: 1. 首先,需要在FreeRTOS中创建一个互斥锁。可以使用xSemaphoreCreateMutex()函数或xSemaphoreCreateMutexStatic()函数来创建非递归互斥锁。 2. 然后,在需要保护共享资源的任务中获取互斥锁,使用xSemaphoreTake()函数。如果互斥锁已经被其他任务获取,则当前任务将被阻塞,直到互斥锁可用。 3. 当任务完成对共享资源的访问时,需要释放互斥锁,使用xSemaphoreGive()函数。 4. 如果需要创建递归互斥锁,则可以使用xSemaphoreCreateRecursiveMutex()函数。 以下是一个简单的FreeRTOS互斥锁测试代码的示例: #include "FreeRTOS.h" #include "task.h" #include "semphr.h" // 定义一个互斥锁 SemaphoreHandle_t xMutex; void vTask1(void *pvParameters) { while(1) { // 获取互斥锁 xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY); // 访问共享资源 // ... // 释放互斥锁 xSemaphoreGive(xMutex); // 延时一段时间 vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100)); } } void vTask2(void *pvParameters) { while(1) { // 获取互斥锁 xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY); // 访问共享资源 // ... // 释放互斥锁 xSemaphoreGive(xMutex); // 延时一段时间 vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100)); } } void vTask3(void *pvParameters) { while(1) { // 获取递归互斥锁 xSemaphoreTakeRecursive(xMutex, portMAX_DELAY); // 访问共享资源 // ... // 释放递归互斥锁 xSemaphoreGiveRecursive(xMutex); // 延时一段时间 vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100)); } } int main(void) { // 创建互斥锁 xMutex = xSemaphoreCreateMutex(); // 创建任务 xTaskCreate(vTask1, "Task 1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL); xTaskCreate(vTask2, "Task 2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL); xTaskCreate(vTask3, "Task 3", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL); // 启动调度器 vTaskStartScheduler(); // 不会执行到这里 return 0; }
在Linux系统中,互斥锁(Mutex)是一种用于保护共享资源的同步原语。它可以确保一个线程独占某个共享资源,直到它完成操作并释放该资源。 互斥锁的所有内容包括: 1. 头文件 在Linux系统中,互斥锁的头文件是。在使用互斥锁时,首先需要包含该头文件。 2. 初始化互斥锁 在使用互斥锁之前,需要先创建并初始化一个互斥锁。可以使用pthread_mutex_t类型变量来表示互斥锁。在初始化互斥锁时,可以使用宏函数pthread_mutex_init()。 3. 加锁和解锁互斥锁 当一个线程需要访问共享资源时,它需要先获得该资源的互斥锁。可以使用宏函数pthread_mutex_lock()来获得互斥锁,如果互斥锁已经被其他线程占用,则该函数会阻塞当前线程,直到互斥锁可用。 当线程完成对共享资源的访问后,需要释放互斥锁。可以使用宏函数pthread_mutex_unlock()来释放互斥锁。 4. 销毁互斥锁 在不再需要使用互斥锁时,需要将其销毁。可以使用宏函数pthread_mutex_destroy()来销毁互斥锁。 5. 示例代码 下面是一个使用互斥锁的示例代码: #include pthread_mutex_t mutex; void* thread_func(void* arg) { // 获得互斥锁 pthread_mutex_lock(&mutex); // 访问共享资源 // 释放互斥锁 pthread_mutex_unlock(&mutex); return NULL; } int main() { // 初始化互斥锁 pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // 创建线程 pthread_t tid; pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL); // 等待线程结束 pthread_join(tid, NULL); // 销毁互斥锁 pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; } 以上就是互斥锁在Linux系统中的所有内容。
在Linux中,互斥锁是一种用于多线程编程的同步机制,用于保护共享资源,防止多个线程同时访问导致数据不一致或竞争条件的发生。Linux提供了几种互斥锁的实现,其中最常见的是pthread库提供的互斥锁。 互斥锁的基本操作包括加锁(lock)和解锁(unlock)。当一个线程需要访问共享资源时,它首先尝试加锁,如果加锁成功,则可以安全地访问共享资源;如果加锁失败,线程会被阻塞,直到锁被释放为止。解锁操作用于释放互斥锁,使得其他线程可以获得锁并继续执行。 在Linux中,使用pthread库进行互斥锁的操作。下面是一个简单的示例代码: c #include <stdio.h> #include pthread_mutex_t mutex; // 定义互斥锁 void* thread_func(void* arg) { // 加锁 pthread_mutex_lock(&mutex); // 访问共享资源 printf("Thread %d is accessing the shared resource.\n", *(int*)arg); // 解锁 pthread_mutex_unlock(&mutex); return NULL; } int main() { pthread_t tid[5]; int thread_args[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 初始化互斥锁 pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // 创建多个线程 for (int i = 0; i < 5; ++i) { pthread_create(&tid[i], NULL, thread_func, &thread_args[i]); } // 等待线程结束 for (int i = 0; i < 5; ++i) { pthread_join(tid[i], NULL); } // 销毁互斥锁 pthread_mutex_destroy(&mutex); return 0; } 在上述示例代码中,我们首先定义了一个互斥锁mutex,然后在线程函数thread_func中对共享资源进行加锁和解锁操作。在主函数中,我们创建了5个线程,并等待它们结束后销毁互斥锁。 这只是互斥锁的基本使用方法,实际应用中可能还需要考虑一些高级的使用场景和技巧,如递归锁、条件变量等。

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