Linux线程-POSIX信号量与锁以及条件变量

POSIX信号量

POSIX没有元素这个概念相比于SYSTEM-V更简洁，POSIX不一定适用老版本；二者都是系统范畴，都需要手动删除，POSIX相关函数属于线程库，所有编译时需要末尾加上-lpthread选项

POSIX

• POSIX有名信号量

  1. 主要用于进程间通信

  2. 创建成功后，器特殊文件存放路径：/dev/shm/

• POSIX无名信号量（属于进程间，随着进程的消亡而消失）

  1. 主要用于线程间通信

//无名信号量用于线程间同步和互斥
#include "head.h"

sem_t data;
sem_t space;

void* routine(void* arg)
{
    char* num = (char*)arg;
    
    while(1)
    {
        sem_wait(&data);
        
        printf("routine: %s\n", num);
        
        sem_post(&space);
    }
}

int main()
{
    char str[100];
    
    // 第一个参数：创建成功后返回的信号量标识符
    // 第二参数：  0代表线程间通信
    // 第三个参数：当前信号量的初始值
    sem_init(&data, 0, 0);
    sem_init(&space, 0, 1);
    
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, routine, str);
    
    while(1)
    {
        sem_wait(&space);
        
        bzero(str, sizeof(str));
        fgets(str, sizeof(str), stdin);
        
        sem_wait(&data);
    }
    
    return 0;
}

锁与条件变量

//用于验证互斥锁读写锁与条件变量（用于解决互斥锁的死锁问题）

// 定义一个共享资源，通过条件变量控制访问
int balance = 0;
// 条件变量通常需要结合互斥锁使用
pthread_mutex_t m;
// 条件变量是用于解决互斥锁使用过程中可能出现的死锁
pthread_cond_t v;

//线程函数 -- 相当于兄弟姐妹
void* routine(void* arg)
{
    //对共享资源访问时需要加锁、解锁操作
    pthread_mutex_lock(&m);
    
    while(balance < 100)
    {
        // 卡里没钱则进入条件等待队列，进入队列时，条件变量会自动执行解锁操作，这是条件变量底层已经封装好了，无需手动操作
        pthread_cond_wait( &v, &m);
    }
    
    fprintf(stderr, "[%lu]:取钱之前的金额：%d\n", pthread_self(), balance);
    balance -= 100;
    
    pthread_mutex_unlock(&m);
    
    pthread_exit(NULL);
}

// ./a.out 10
int main(int argc, char* argv[])
{
    if(argc != 2)
    {
        printf("未输入线程数量\n");
        return -1;
    }
    
    // 1、初始化互斥锁和条件变量
    pthread_mutex_init(&m, NULL);
    pthread_cond_init(&v, NULL);
    
    // 2、创建线程
    pthread_t tid;
    int nThread_num = atoi(argv[1]);
    for(int i = 0; i < nThread_num; i++)
    {
        //创建多个兄弟姐妹
        pthread_create(&tid, NULL, routine, NULL);
    }
    
    // 3、让当前主线程给balance增值
    int i = nThread_num
    while(i--)
    {
        //对共享资源访问时需要加锁、解锁操作
        pthread_mutex_lock(&m);
        // 相当于家长汇钱
        balance += 100;
        // 向条件等待队列发送通知，汇钱后通知兄弟姐妹
        pthread_cond_broadcast(&v);
        
        pthread_mutex_unlock(&m);
        
        sleep(2);//为了便于查看条件等待队列的过程
    }
    //退出主线程
    pthread_exit(NULL);
    //退出进程
    //return 0;
}

可重入函数

一个函数如果同时被多个线程调用，返回的结果都是严格一致的，那么就是可重入函数，否则就是不可重入函数。

例如：排序函数是可重入函数，取地址函数是不可重入函数

多个线程调用同一可重入函数出现不同结果原因：

1、函数内部使用了共享资源，如全局变量

2、函数内部调用了其他不可重入函数

3、函数执行结果与硬件设备相关