linux之线程同步一头歌

时间: 2023-05-31 10:18:26 浏览: 281
### 回答1: Linux之线程同步一头歌 线程同步是Linux中非常重要的一个概念,它可以保证多个线程之间的数据访问不会出现冲突,从而保证程序的正确性和稳定性。线程同步的实现方式有很多种,比如互斥锁、条件变量、信号量等等。在使用线程同步的时候,需要注意一些细节问题,比如死锁、优先级反转等等。只有掌握了线程同步的原理和技巧,才能写出高效、稳定的多线程程序。 ### 回答2: Linux是一种广泛使用的操作系统,能够支持多任务处理。在这个操作系统中,线程同步是非常重要的概念。当多个线程被同时执行时,它们之间的相互影响可能会导致许多问题。为了避免这些问题,我们需要使用线程同步来确保线程之间的协调和合作。 线程同步的目的是为了让多个线程协调工作,而不是相互干扰。它的实现方式有很多种,例如信号量、互斥锁、条件变量等。这些线程同步机制都有自己的特点和适用情况,根据实际应用场景选择合适的机制是非常重要的。 在Linux系统中,常用的线程同步机制之一是互斥锁。使用互斥锁可以让一个线程独占一个资源,其他线程需要等待锁被释放才能访问这个资源。这样可以实现线程之间的互斥,并且避免了资源竞争问题。 另外,Linux还提供了条件变量机制。条件变量可以让线程之间在某些条件满足时进行通信,从而实现线程的协作。比如,一个线程可以在某个条件满足时向另一个线程发送信号,让它开始工作。这样可以避免线程之间的忙等待问题,并且能够提高程序的效率。 无论是使用互斥锁还是条件变量,线程同步都是Linux系统中非常重要的一个概念。它可以帮助我们解决多线程并发问题,提高程序的性能和可靠性。因此,学习和掌握线程同步机制是Linux开发者必备的技能之一。 ### 回答3: Linux操作系统中,线程同步是非常重要的一部分,它能确保多个线程之间的执行顺序、数据的读写顺序以及互斥关系等问题,进而保证程序的正确性和稳定性。线程同步避免了多个线程同时读写同一个共享变量时出现的问题,如数据混乱、竞争条件、死锁等。 Linux中常用的线程同步技术包括互斥锁、条件变量、读写锁、信号量等。互斥锁是最基础的线程同步技术,通过给临界区加锁的方式保证同一时刻只有一个线程进入。条件变量用于在多线程之间传递信息,例如线程A需要等待线程B的信号才能继续执行。读写锁用于在读操作和写操作之间进行区分,实现读写分离。信号量则可以保证同一时刻只有指定的数量的线程可以访问共享资源。 线程同步不但在Linux操作系统中有广泛的应用,而且在其他操作系统和软件中也起到了非常重要的作用。因此,熟练掌握各种线程同步技术是非常重要的。在应用中,我们需要根据不同的情况选择合适的线程同步技术,在多个线程之间合理地分配资源和控制执行顺序,从而为程序的正确性和性能提供保障。

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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。 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。 举例1: 银行存款 5000。柜台,折:取3000;提款机,卡:取 3000。剩余:2000 举例2: 内存中100字节,线程T1欲填入全1, 线程T2欲填入全0。但如果T1执行了50个字节失去cpu,T2执行,会将T1写过的内容覆盖。当T1再次获得cpu继续 从失去cpu的位置向后写入1,当执行结束,内存中的100字节,既不是全1,也不是全0。 产生的现象叫做“与时间有关的错误”(time related)。为了避免这种数据混乱,线程需要同步。 “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。 数据混乱原因: 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。 互斥量mutex 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 1. 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; 2. 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。 加锁步骤测试: 看如下程序:该程序是非常典型的,由于共享、竞争而没有加任何同步机制,导致产生于时间有关的错误,造成数据混乱: #include #include #include void *tfn(void *arg) { srand(time(NULL)); while (1) { printf("hello "); sleep(rand() % 3); /*模拟长时间操作共享资源,导致cpu易主,产生与时间有关的错误*/ printf("world\n"); sleep(rand() % 3); } return NULL; } int main(void) { pthread_t tid; srand(time(NULL)); pthread_create(&tid, NULL, tfn, NULL); while (1) { printf("HELLO "); sleep(rand() % 3); printf("WORLD\n"); sleep(rand() % 3); } pthread_join(tid, NULL); return 0; } 【mutex.c】 【练习】:修改该程序,使用mutex互斥锁进行同步。 1. 定义全局互斥量,初始化init(&m, NULL)互斥量,添加对应的destry 2. 两个线程while中,两次printf前后,分别加lock和unlock 3. 将unlock挪至第二个sleep后,发现交替现象很难出现。 线程在操作完共享资源后本应该立即解锁,但修改后,线程抱着锁睡眠。睡醒解锁后又立即加锁,这两个库函数本身不会阻塞。 所以在这两行代码之间失去cpu的概率很小。因此,另外一个线程很难得到加锁的机会。 4. main 中加flag = 5 将flg在while中-- 这时,主线程输出5次后试图销毁锁,但子线程未将锁释放,无法完成。 5. main 中加pthread_cancel()将子线程取消。 【pthrd_mutex.c】 结论: 在访问共享资源前加锁,访问结束后立即解锁。锁的“粒度”应越小越好。 死锁 1. 线程试图对同一个互斥量A加锁两次。 2. 线程1拥有A锁,请求获得B锁;线程2拥有B锁,请求获得A锁 【作业】:编写程序,实现上述两种死锁现象。 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); 参2:attr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_

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