我是靠谱客的博主 活泼嚓茶，最近开发中收集的这篇文章主要介绍Linux系统编程09---线程同步作者介绍学习目标1.互斥锁的使用步骤2 死锁3. 读写锁（是一把锁，读时共享写时独占）读写互斥4. 介绍生产者和消费者模型5.信号量（相当于加强版的互斥锁）---------回顾linux系统编程课程------------，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。
概述
目录
- 作者介绍
- 学习目标
- 1.互斥锁的使用步骤
- 2 死锁
- 2.1 死锁的产生原因
- 2.2 死锁如何解决
- 3. 读写锁（是一把锁，读时共享写时独占）读写互斥
- 3.1读写锁的函数
- 3.2 读写锁的使用步骤
- 3.3 读写锁的代码案例
- 4. 介绍生产者和消费者模型
- 4.1 链表操作
- 4.2 条件变量（与互斥锁配合使用，给多线程提供一个回合的场所）
- 4.3 条件变量相关函数
- 4.4 使用条件变量实现生产者和消费者模型
- 4.5 条件变量使用总结
- 5.信号量（相当于加强版的互斥锁）
- 5.1 信号量相关函数（互斥锁加条件变量）
- 5.2 信号量实现生产者与消费者
- 5.3 总结
- ---------回顾linux系统编程课程------------
作者介绍
张伟伟，男，西安工程大学电子信息学院，2019级硕士研究生，张宏伟人工智能课题组。
微信公众号：可随时查阅，搜索—张二牛的笔记，内容会分类上传。
研究方向：机器视觉与人工智能。
电子邮件：2430290933@qq.com
电子邮件：zhangweiweicpp@163.com
- 课题组CSDN官方账号，欢迎一键三连: https://blog.csdn.net/m0_37758063/article/details/113527955?spm=1001.2014.3001.5501.
学习目标
- 熟练掌握互斥量的使用
- 说出什么叫死锁以及解决方案
- 熟练掌握读写锁的使用
- 熟练掌握**条件变量**的使用
- 理解条件变量实现的生产消费者模型
- 理解信号量实现的生产消费者模型
1.互斥锁的使用步骤
1. 创建一把互斥锁
pthread_mutex_t mutex;
2. 初始化互斥锁
pthread_mutex_init(&mutex);---相当于mutex=1
3. 在代码中寻找共享资源（也称为临界区）
pthread_mutex_lock(&mutex); -- mutex = 0[临界区代码]
4. pthread_mutex_unlock(&mutex); -- mutex = 1
5. 释放互斥锁资源
pthread_mutex_destroy(&mutex);
2 死锁
2.1 死锁的产生原因
死锁并不是linux提供给用户的一种使用方法，而是由于用户使用互斥锁不当引起的一种现象。
1.自己锁自己 ：注意点：线程在异常退出时也需要解锁
2.加锁不释放
2.2 死锁如何解决
不同时两把锁，线程在异常退出时也需要解锁。
让线程按照一定的顺序去访问共享资源
1.在访问其他锁的时候，需要先将自己的锁解开
2.避免使用嵌套的锁，让线程按照一定的顺序去加锁
3.调用pthread_mutex_trylock，如果加锁不成功会立刻返回
3. 读写锁（是一把锁，读时共享写时独占）读写互斥
什么是读写锁
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。
当读写同时等待锁的时候写的优先级高
情景：
线程A拥有读锁, 线程B请求读锁
3.1读写锁的函数
定义一把读写锁
pthread_rwlock_t rwlock;
初始化读写锁
int pthread_rwlock_init(
pthread_rwlock_t *restrict rwlock,
const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
函数参数
rwlock-读写锁
attr-读写锁属性，传NULL为默认属性
销毁读写锁
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
加读锁
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
尝试加读锁
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
加写锁
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
尝试加写锁
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
解锁
int pthread_rwlock_unlock(&pthread_rwlock_t *rwlock);
3.2 读写锁的使用步骤
1.先定义一把锁：
pthread_rwlock_t rwlock;
2.初始化读写锁
pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
----子线程------
3.加锁
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
共享资源出现的位置
4.解锁
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
---子线程-------
5.释放锁
pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
3.3 读写锁的代码案例
- 线程回调函数传传参方法。
//读写锁测试程序
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
int number = 0;
//定义一把读写锁
pthread_rwlock_t rwlock;
//写线程回调函数
void *thread_write(void *arg)
{
int i = *(int *)arg;
int cur;
while(1)
{
//加写锁
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
cur = number;
cur++;
number = cur;
printf("[%d]-W:[%d]n", i, cur);
//解锁
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
sleep(rand()%3);
}
}
//读线程回调函数
void *thread_read(void *arg)
{
int i = *(int *)arg;
int cur;
while(1)
{
//加读锁
pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
cur = number;
printf("[%d]-R:[%d]n", i, cur);
//解锁
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
sleep(rand()%3);
}
}
int main()
{
int n = 8;
int i = 0;
int arr[8];
pthread_t thread[8];
//读写锁初始化
pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
//创建3个写子线程
for(i=0; i<3; i++)
{
arr[i] = i;
pthread_create(&thread[i], NULL, thread_write, &arr[i]);
}
//创建5个读子线程
for(i=3; i<n; i++)
{
arr[i] = i;
pthread_create(&thread[i], NULL, thread_read, &arr[i]);
}
//回收子线程
int j = 0;
for(j=0;j<n; j++)
{
pthread_join(thread[j], NULL);
}
//释放锁
pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
return 0;
}
4. 介绍生产者和消费者模型
4.1 链表操作
链表的使用
节点，指向，偏移
头插法，移动，删除，head为共享资源。
防止循环空转： 阻塞等待，解锁，然后加锁。
生产者线程 | 消费者线程
4.2 条件变量（与互斥锁配合使用，给多线程提供一个回合的场所）
pthread_cond_wait()
pthread_cond_signal()
(1) 条件本身不是锁！但它也可以造成线程阻塞。通常与互斥锁配合使用。给多线程提供一个会合的场所。
(2) 使用互斥量保护共享数据;
(3) 使用条件变量可以使线程阻塞, 等待某个条件的发生, 当条件满足的时候解除阻塞.
(4) 条件变量的两个动作:
---------条件不满足, 阻塞线程
---------条件满足, 通知阻塞的线程解除阻塞, 开始工作
4.3 条件变量相关函数
pthread_cond_t cond;
定义一个条件变量
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,
const pthread_condattr_t *restrict attr);
函数描述:初始化条件变量
函数参数:
cond: 条件变量
attr: 条件变量属性, 通常传NULL
函数返回值:成功返回0, 失败返回错误号
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
函数描述: 销毁条件变量
函数参数: 条件变量
返回值: 成功返回0, 失败返回错误号
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond,
pthread_mutex_t *restrict mutex);
函数描述: 条件不满足, 引起线程阻塞并解锁;
条件满足, 解除线程阻塞, 并加锁
函数参数:
cond: 条件变量
mutex: 互斥锁变量
函数返回值: 成功返回0, 失败返回错误号
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
函数描述: 唤醒至少一个阻塞在该条件变量上的线程
函数参数: 条件变量
函数返回值: 成功返回0, 失败返回错误号
4.4 使用条件变量实现生产者和消费者模型
//使用条件变量实现生产者和消费者模型
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
typedef struct node
{
int data;
struct node *next;
}NODE;
NODE *head = NULL;
//定义一把锁
pthread_mutex_t mutex;
//定义条件变量
pthread_cond_t cond;
//生产者线程
void *producer(void *arg)
{
NODE *pNode = NULL;
int n = *(int *)arg;
while(1)
{
//生产一个节点
pNode = (NODE *)malloc(sizeof(NODE));
if(pNode==NULL)
{
perror("malloc error");
exit(-1);
}
pNode->data = rand()%1000;
printf("P[%d]:[%d]n", n, pNode->data);
//加锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
pNode->next = head;
head = pNode;
//解锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);
//通知消费者线程解除阻塞
pthread_cond_signal(&cond);
sleep(rand()%3);
}
}
//消费者线程
void *consumer(void *arg)
{
NODE *pNode = NULL;
int n = *(int *)arg;
while(1)
{
//加锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
if(head==NULL)
{
//若条件不满足,需要阻塞等待
//若条件不满足,则阻塞等待并解锁;
//若条件满足(被生成者线程调用pthread_cond_signal函数通知),解除阻塞并加锁
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
}
if(head==NULL)
{
//解锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);
continue;
}
printf("C[%d]:[%d]n", n, head->data);
pNode = head;
head = head->next;
//解锁
pthread_mutex_unlock(&mutex);
free(pNode);
pNode = NULL;
sleep(rand()%3);
}
}
int main()
{
int ret;
int i = 0;
pthread_t thread1[5];
pthread_t thread2[5];
//初始化互斥锁
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
//条件变量初始化
pthread_cond_init(&cond, NULL);
int arr[5];
for(i=0; i<5; i++)
{
arr[i]= i;
//创建生产者线程
ret = pthread_create(&thread1[i], NULL, producer, &arr[i]);
if(ret!=0)
{
printf("pthread_create error, [%s]n", strerror(ret));
return -1;
}
//创建消费者线程
ret = pthread_create(&thread2[i], NULL, consumer, &arr[i]);
if(ret!=0)
{
printf("pthread_create error, [%s]n", strerror(ret));
return -1;
}
}
//等待线程结束
for(i=0; i<5; i++)
{
pthread_join(thread1[i], NULL);
pthread_join(thread2[i], NULL);
}
//释放互斥锁
pthread_mutex_destroy(&mutex);
//释放条件变量
pthread_cond_destroy(&cond);
return 0;
}
4.5 条件变量使用总结
1、定义条件变量
pthread_cont_t cond;
2.初始化条件变量
pthread_cond_init(&cond, NULL);
3.在生产者线程中调用：
pthread_cond_signal(&cond);
4.在消费者线程中调用：
pthread_cond_desroy(&cond);
5.主线程释放条件变量
多个生产者和多个消费者程序在执行的时候core掉 的原因分析：
假若只有一个生产者生产了一个节点，此时会调用pthread_cond_signal通知消费者线程，此时若有多个消费者线程被唤醒了，则最终只有一个消费者获得锁，然后进行消费，此时将head置位NULL,然后其余的几个消费者线程只会有一个线程获得锁，然后读取head的内容就会core掉。
在使用条件变量的线程中，能够引起线程阻塞的地方有两个：
1.在条件变量出引起阻塞，这个阻塞会被pthread_cond_signal解除阻塞。
2.互斥锁也会使线程引起阻塞，其他县城解锁会使该线程解除阻塞。
5.信号量（相当于加强版的互斥锁）
互斥锁：进一个出一个
信号量：多个同时
车库为共享资源 车为线程 管理员相当于锁
5.1 信号量相关函数（互斥锁加条件变量）
定义信号量 sem_t sem;
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
函数描述: 初始化信号量
函数参数:
sem: 信号量变量
pshared: 0表示线程同步, 1表示进程同步
value: 最多有几个线程操作共享数据
函数返回值:成功返回0, 失败返回-1, 并设置errno值
int sem_wait(sem_t *sem); **（加锁）**
函数描述: 调用该函数一次, 相当于sem--, 当sem为0的时候, 引起阻塞
函数参数: 信号量变量
函数返回值: 成功返回0, 失败返回-1, 并设置errno值
int sem_post(sem_t *sem); **（解锁）**
函数描述: 调用一次, 相当于sem++
函数参数: 信号量变量
函数返回值: 成功返回0, 失败返回-1, 并设置errno值
int sem_trywait(sem_t *sem);
函数描述: 尝试加锁, 若失败直接返回, 不阻塞
函数参数: 信号量变量
函数返回值: 成功返回0, 失败返回-1, 并设置errno值
int sem_destroy(sem_t *sem);
函数描述: 销毁信号量
函数参数: 信号量变量
函数返回值: 成功返回0, 失败返回-1, 并设置errno值
5.2 信号量实现生产者与消费者
//使用信号量实现生产者和消费者模型
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
typedef struct node
{
int data;
struct node *next;
}NODE;
NODE *head = NULL;
//定义信号量
sem_t sem_producer;
sem_t sem_consumer;
//生产者线程
void *producer(void *arg)
{
NODE *pNode = NULL;
while(1)
{
//生产一个节点
pNode = (NODE *)malloc(sizeof(NODE));
if(pNode==NULL)
{
perror("malloc error");
exit(-1);
}
pNode->data = rand()%1000;
printf("P:[%d]n", pNode->data);
//加锁
sem_wait(&sem_producer); //--
pNode->next = head;
head = pNode;
//解锁
sem_post(&sem_consumer); //相当于++
sleep(rand()%3);
}
}
//消费者线程
void *consumer(void *arg)
{
NODE *pNode = NULL;
while(1)
{
//加锁
sem_wait(&sem_consumer); //相当于--
printf("C:[%d]n", head->data);
pNode = head;
head = head->next;
//解锁
sem_post(&sem_producer); //相当于++
free(pNode);
pNode = NULL;
sleep(rand()%3);
}
}
int main()
{
int ret;
pthread_t thread1;
pthread_t thread2;
//初始化信号量
sem_init(&sem_producer, 0, 5);
sem_init(&sem_consumer, 0, 0);
//创建生产者线程
ret = pthread_create(&thread1, NULL, producer, NULL);
if(ret!=0)
{
printf("pthread_create error, [%s]n", strerror(ret));
return -1;
}
//创建消费者线程
ret = pthread_create(&thread2, NULL, consumer, NULL);
if(ret!=0)
{
printf("pthread_create error, [%s]n", strerror(ret));
return -1;
}
//等待线程结束
pthread_join(thread1, NULL);
pthread_join(thread2, NULL);
//释放信号量资源
sem_destroy(&sem_producer);
sem_destroy(&sem_consumer);
return 0;
}
5.3 总结
1. 定义信号量变量
sem_t sem1;
sem_t sem2;
2. 初始化信号量
sem_init(&sem1, 0, 5);
sem_init(&sem2, 0, 5);
3. 加锁
sem_wait(&sem1);
sem_post(&sem2);
sem_wait(&sem2);
sem_post(&sem1);
4. 释放资源
sem_destroy(&sem1);
sem_destroy(&sem2);
---------回顾linux系统编程课程------------
1. linux常用命令
linux 目录结构一级常见目录的作用
ls cp mv rm rmdir mkdir touch chmod chgrp chown which whoami tar zip rar find grep
2. vim的使用：命令模式 编辑模式 末行模式
gcc的工作流程
库的制作与使用
动态库的加载的时候报错问题的处理：export LD_LIBRAY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:./
3.makefile 和 gdb 调试
目标：依赖
命令
函数 变量 伪目标
编译的时候加-g ，否则不能用gdb调试
理解什么是文件描述符
4.文件IO
open read write close lseek
lstat stat
dup dup2 fcntl
opendir readdir closedir
5.进程相关
重在理解进程和程序的概念
fork函数
execl execlp函数
父进程中调用wait和waitpid，参数和返回值。
6.进程间通信
pipe fifo mmap
7.信号
信号的基本概念
信号的处理机制：内核
信号的特点
信号的四要素
信号相关函数： kill alarm settimer raise abort
信号注册函数：signal sigaction（高速内核）
信号的处理过程：
SIGCHLD信号：该信号产生的条件及作用（告诉内核回收子进程）**回顾linux系统编程课程**
信号集相关：
阻塞信号集合未决信号集的关系
信号不支持排队
sigset_t set
sigemptyset sigaddset sigfillset sigelset sigprocmask sigsmember sigpending
8.守护进程与线程
创建守护进程的模型：（代码看看）
线程：
线程的基本概念
线程和进程的比较（共享哪些，不能够共享哪些）
线程相关函数：
pthread_create
pthread_exit
pthread_join
pthread_detach
pthread_cancel
pthread_testcancel
9.线程同步：
互斥锁的使用步骤
读写锁的使用步骤
条件变量的使用步骤
最后
以上就是活泼嚓茶为你收集整理的Linux系统编程09---线程同步作者介绍学习目标1.互斥锁的使用步骤2 死锁3. 读写锁（是一把锁，读时共享写时独占）读写互斥4. 介绍生产者和消费者模型5.信号量（相当于加强版的互斥锁）---------回顾linux系统编程课程------------的全部内容，希望文章能够帮你解决Linux系统编程09---线程同步作者介绍学习目标1.互斥锁的使用步骤2 死锁3. 读写锁（是一把锁，读时共享写时独占）读写互斥4. 介绍生产者和消费者模型5.信号量（相当于加强版的互斥锁）---------回顾linux系统编程课程------------所遇到的程序开发问题。
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