操作系统编程题互斥锁

### 关于操作系统中互斥锁的编程题目

#### 实现整形矩阵所有元素求和问题

为了确保多个线程安全地访问共享资源并防止数据竞争，可以使用互斥锁来同步线程的操作。下面是一个简单的例子，展示了如何利用互斥锁和多线程计算二维整型数组（即整形矩阵）中所有元素之和。

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

#define ROWS 4    /* 行数 */
#define COLS 5     /* 列数 */

int matrix[ROWS][COLS];      // 定义一个全局整形矩阵
int total = 0;               // 总计值初始化为零
pthread_mutex_t mutex_sum;   // 创建互斥量对象mutex_sum

void* sum_elements(void *arg) {
    int i, j;
    long thread_id = (long)arg;

    for(i = 0; i < ROWS; ++i){
        for(j = 0; j < COLS; ++j){
            pthread_mutex_lock(&mutex_sum);          // 加锁前缀
                total += matrix[i][j];
            pthread_mutex_unlock(&mutex_sum);       // 解锁后缀
        }
    }

    printf("Thread %ld finished.\n", thread_id);
    return NULL;
}

int main() {

    pthread_t threads[2];

    // 初始化互斥量
    if(pthread_mutex_init(&mutex_sum, NULL)){
        fprintf(stderr,"Error initializing mutex\n");
        return 1;
    }

    // 启动两个新线程去累加matrix中的数值到total里
    for(long t=0;t<2;++t){
        if(pthread_create(&threads[t],NULL,sum_elements,(void*)t)){
            fprintf(stderr,"Error creating thread\n");
            return 2;
        }
    }

    // 等待所有子线程结束
    for(int k=0;k<2;++k){
        pthread_join(threads[k],NULL);
    }

    // 销毁互斥量
    pthread_mutex_destroy(&mutex_sum);

    printf("Total Sum of Matrix Elements is :%d \n",total );

    return 0;
}

此代码片段创建了两个工作线程，它们各自遍历整个矩阵并将各个位置上的数字相加以更新`total`变量。每次修改`total`之前都会先获取互斥锁(`pthread_mutex_lock`)；完成操作之后立即释放该锁 (`pthread_mutex_unlock`) ，从而保证同一时刻只有一个线程能够改变这个共享的数据结构[^2]。