脚本条件变量与互斥锁

### 脚本编程中条件变量和互斥锁的用法及区别

#### 条件变量与互斥锁的概念

在多线程或多进程环境中，为了确保多个执行单元能够安全访问共享资源而不发生冲突，通常会使用同步机制。两种常见的同步原语是条件变量和互斥锁。

- **互斥锁（Mutex Locks）**用于保护临界区，即一次只允许一个线程或进程进入特定代码段，从而防止数据竞争和其他并发问题的发生[^2]。

- **条件变量（Condition Variables）**则提供了一种更高级别的协调工具，使得线程可以在某些条件下等待其他线程的通知再继续执行。这有助于减少不必要的轮询操作并提高程序效率[^3]。

#### Shell脚本中的互斥锁示例

对于Shell脚本而言，可以利用`flock`命令来创建文件级别的锁定机制作为简单的互斥锁解决方案：

#!/bin/bash
(
    flock -x 9 # 获取独占锁
    echo "Critical section entered"
    sleep 5    # 模拟长时间运行的任务
    echo "Exiting critical section"
) 9>/var/run/myapp.lockfile

上述例子展示了如何通过指定描述符(`9`)关联到一个临时文件(`/var/run/myapp.lockfile`)上设置排他性的写入权限(-x)，以此达到阻止其他实例同时修改相同资源的目的。

#### C语言中的条件变量与互斥锁配合使用的案例

当涉及到更加复杂的逻辑控制时，则可能需要用到像C这样的编译型语言所提供的API接口来进行更为精细的操作。下面给出的是POSIX标准下的pthread库实现的一个简单生产者消费者模型片段：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

#define BUFFER_SIZE 10
int buffer[BUFFER_SIZE];
int count = 0;

// 定义互斥量和条件变量
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond_not_full, cond_not_empty;

void *producer(void *arg){
    while(1){
        int item = rand() % 100; // 生产随机数
        
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        
        // 如果缓冲区满了就阻塞当前线程直到有空间为止
        while(count >= BUFFER_SIZE)
            pthread_cond_wait(&cond_not_full, &mutex);

        buffer[count++] = item;
        printf("Produced: %d\n",item);

        // 唤醒正在等待非空信号的消费线程
        pthread_cond_signal(&cond_not_empty); 

        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        usleep(rand()%1000+1000); // 防止过度频繁地产生新元素
    }
}

void *consumer(void *arg){
    while(1){
        int item;

        pthread_mutex_lock(&mutex);

        // 缓冲区为空时挂起自己直至收到通知说有了新的可取物品
        while(count == 0)
           pthread_cond_wait(&cond_not_empty,&mutex);

        item=buffer[--count];    
        printf("Consumed:%d\n",item);

        // 向生产方发送消息表明现在还有剩余容量可供填充
        pthread_cond_signal(&cond_not_full);

        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        usleep((rand()%1000)+1000); // 控制消耗速度不过分快
    }
}

此代码段定义了一个固定大小的数据队列及其对应的读写规则，并借助于两个不同类型的条件变量分别管理生产和消费过程间的协作关系。每当某一方完成相应动作之后都会主动唤醒另一端处于休眠状态的对象以便其尽快响应最新的变化情况。