Unix/linux进程及线程间同步技术总结
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为允许在线程或进程间共享数据，同步通常是必须的。常见的同步方式有：互斥锁、条件变量、读写锁、信号量。另外unix线程切换，对于进程间的同步，也可以通过进程间通信的方式进行同步，包括管道（无名管道、有名管道）、信号量、消息队列、共享内存、远程过程调用，当然也可以通过Socket来进行网络控制。 一. 互斥锁和条件变量是同步的基本组成部分 互斥锁和条件变量出自Posix.1线程标准，多用来同步一个进程中各个线程。但如果将二者存放在多个进程间共享的内存区中，它们也可以用来进行进程间的同步。 1. 互斥锁用于保护临界区，以保护任何时刻只有一个线程在执行其中的代码，其大体轮廓大体如下： lock_the_mutex(...); 临界区 unlock_the_mutex(...); 下列三个函数给一个互斥锁上锁和解锁： #include int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mptr);//若不能立刻获得锁，将阻塞在此处 int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mptr);//若不能立刻获得锁，将返回EBUSY，用户可以根据此返回值做其他操作，非阻塞模式 int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mptr);//释放锁 互斥锁通常用于保护由多个线程或多个进程分享的共享数据(Share Data) 2. 条件变量，它是发送信号与等待信号。互斥锁用户上锁，条件变量则用于等待。一般来说，在一个进程/线程中调用pthread_cond_wait(..)等待某个条件的成立，此时该进程阻塞在这里，另外一个进程/线程进行某种操作，当某种条件成立时，调用pthread_cond_signal(...)来发送信号，从而使pthread_cond_wait(...)返回。此处要注意的是，这里所谈到的信号，不是系统级别的SIGXXXX信号，只是用信号这个词语更容易理解。条件变量与信号量更接近或者就可以认为是信号量。 下列两个函数用来对条件变量进行控制： #include int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cptr, pthread_mutex_t *mptr); int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cptr); 由代码我们可以看出，条件变量的使用是需要结合锁机制的，即上面所提到的互斥锁。也就是说，一个进程/线程要等到临界区的共享数据达到某种状态时再进行某种操作，而这个状态的成立，则是由另外一个进程/线程来完成后发送信号来通知的。 其实想一想，pthread_cond_wait函数也可以用一个while死循环来等待条件的成立，但要注意的是，使用while死循环会严重消耗CPU，而pthread_cond_wait则是采用线程睡眠的方式，它是一种等待模式，而不是一直的检查模式。 总的来说，给条件变量发送信号的代码大体如下： pthread_mutex_lock(&mutex); 设置条件为真 pthread_cond_signal(&cond);//发送信号 pthread_mutex_unlock(&mutex); 等待条件并进入睡眠以等待条件变为真的代码大体如下： pthread_mutex_lock(&mutex); while(条件为假) pthread_cond_wait(&cond,&mutex); 执行某种操作 pthread_mutex_unlock(&mutex); 在这里需要注意的是，pthread_cond_wait(&cond,&mutex)是一个院子操作，当它执行时，首先对mutex解锁，这样另外的线程才能得到锁来修改条件，pthread_cond_wait解锁后，再将本身的线程/进程投入睡眠，另外，当该函数返回时，会再对mutex进行加锁，这样才能“执行某种操作”后unlock锁。 二、 读写锁 顾名思义，读写锁也是一种锁，他是在互斥锁的基础上进行了改进，当一个进程/线程获得写入锁时，其他的进程/线程仍然可以获得锁，只不过获得的是读取锁，因为一个进程/线程写入，不影响其他进程/线程的读操作。 三、 信号量 英文：semaphore，它是一种专门用于提供不同进程间或线程间同步手段的原语。可以通过下图来理解它。 进程A 进程B \/ 进程\ / ---------------------------------------------------- 内核\/ 信号量 也就是说，信号量是由内核来维护的，他独立出进程。因此可以通过它来进行同步。 上图一般来说，是基于Posix有名信号量，可以认为它是系统中的一个特殊文件（因为在Linux中，一切都可以认为是文件），因为在进程间的通信、同步中用的比较多，如果是线程之间的同步，经常用基于Posix内存的信号量。（基于内存的信号量必须在创建时指定是否在进程间共享，有名信号量随内核有持续性，需手工删除，而基于内存的信号量具有随进程的持续性） 对于信号量的工作原理，其实和互斥锁+条件变量相似。 主要函数有：sem_open、sem_close、sem_unlink，这里要注意，close只是关闭信号量，但并未从系统中删除，而unlink是删除该信号量。 sem_wait和sem_trywait函数，他们和pthread_cond_wait功能相似，都是等待某个条件的成立，sem_wait和sem_trywait的区别是，当所指定的信号量的值为0时，后者并不将调用者投入睡眠，而是立刻返回EAGAIN，即重试。 sem_post和sem_getvalue函数，sem_post将指定的信号量加一，然后唤醒正在等待该信号量值变为正数的任意线程。sem_getvalue是用来获取当前信号量值的函数。 总结： 互斥锁、条件变量、信号量三者的差别： （1） 互斥锁必须总是由给他上锁的线程解锁（因为此时其他线程根本得不到此锁），信号量没有这种限制：一个线程等待某个信号量，而另一个线程可以挂出该信号量 （2）每个信号量有一个与之关联的值，挂出时+1，等待时-1，那么任何线程都可以挂出一个信号，即使没有线程在等待该信号量的值。不过对于条件变量来说，如果pthread_cond_signal之后没有任何线程阻塞在pthread_cond_wait上，那么此条件变量上的信号丢失。 （3）在各种各样的同步技巧中，能够从信号处理程序中安全调用的唯一函数是sem_post （编辑：站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |