多線程控制互斥鎖與信號量
標簽： 多線程控制互斥鎖與信號量
1.多線程編臨界資源訪問
#define _GNU_SOURCE
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
int Num = 0;
void *fun1(void *arg)
{
while(Num<3){
Num++;
printf("%s :Num = %d\n",__FUNCTION__,Num);
sleep(1);
}
pthread_exit(NULL);
}
void *fun2(void *arg)
{
while(Num>-3){
Num--;
printf("%s :Num = %d\n",__FUNCTION__,Num);
sleep(1);
}
pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
int ret;
pthread_t tid1,tid2;
ret = pthread_create(&tid1,NULL,fun1,NULL);
if(ret != 0){
perror("pthread_creat");
return -1;
}
ret = pthread_create(&tid2,NULL,fun2,NULL);
if(ret != 0){
perror("pthread_creat");
return -1;
}
pthread_join(tid1,NULL);
pthread_join(tid2,NULL);
return 0;
}
為了解決上述對臨界資源的競爭問題，pthread線程引出了互斥鎖來解決臨界資源訪問。通過對臨界資源加鎖來保護資源只被單個線程操作，待操作結束后解鎖，其余線程才可獲得操作權。
2.互斥鎖API簡述
函數作用為初始化一個互斥鎖，一般情況申請一個全局的pthread_mutex_t類型的互斥鎖變量，通過此函數完成鎖內的初始化，第一個函數將該變量的地址傳入，第二個參數為控制互斥鎖的屬性，一般為NULL。當函數成功后會返回0，代表初始化互斥鎖成功。當然初始化互斥鎖也可以調用宏來快速初始化：
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITALIZER;
lock函數與unlock函數分別為加鎖解鎖函數，只需要傳入已經初始化好的pthread_mutex_t互斥鎖變量，成功后會返回0。當某一個線程獲得了執行權后，執行lock函數，一旦加鎖成功后，其余線程遇到lock函數時候會發生阻塞，直至獲取資源的線程執行unlock函數后，獲得第二執行權的線程的阻塞模式被從開，同時也獲取了lock，導致其余線程同樣在阻塞，直至執行unlock被解鎖
特別注意的是，當獲取lock之后，必須在邏輯處理結束后執行unlock，否則會發生死鎖現象！導致其余線程一直處于阻塞狀態，無法執行下去。在使用互斥鎖的時候，尤其要注意使用pthread_cancel函數，防止發生死鎖現象！
該函數同樣也是一個線程加鎖函數，但該函數是非阻塞模式通過返回值來判斷是否加鎖成功，用法與上述阻塞加速函數一致
該函數是用于銷毀互斥鎖的，傳入互斥鎖的地址，就可以完成互斥鎖的銷毀，成功返回0
#define _GNU_SOURCE
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
pthread_mutex_t mutex;
int Num = 0;
void *fun1(void *arg)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(Num<3){
Num++;
printf("%s :Num = %d\n",__FUNCTION__,Num);
sleep(1);
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_exit(NULL);
}
void *fun2(void *arg)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
while(Num>-3){
Num--;
printf("%s :Num = %d\n",__FUNCTION__,Num);
sleep(1);
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
int ret;
pthread_t tid1,tid2;
ret = pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
if(ret != 0){
perror("pthread_mutex_init");
return 0;
}
ret = pthread_create(&tid1,NULL,fun1,NULL);
if(ret != 0){
perror("pthread_creat");
return -1;
}
ret = pthread_create(&tid2,NULL,fun2,NULL);
if(ret != 0){
perror("pthread_creat");
return -1;
}
pthread_join(tid1,NULL);
pthread_join(tid2,NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}
上述例程通過加入互斥鎖，保證了臨界變量某一時刻只被某一線程控制，實現了臨界資源的控制。
3.多線程編執行順序控制 信號量API簡述
該函數可以初始化一個信號量，第一個參數傳入sem_t類型的地址，第二個參數傳入0代表線程控制，否則為進程控制，第三個參數表示信號量的初始值，0代表阻塞，1代表運行。待初始化結束信號量后，若執行成功會返回0。
sem_wait函數作用為檢測指定信號量是否有資源可用，若無資源可用會阻塞等待，若有資源可用會自動的執行“sem-1”的操作。所謂的“sem-1”是與上述初始化函數中第三個參數值一致，成功執行會返回0
sem_post函數會釋放指定信號量的資源，執行“sem+1”操作。
通過以上2個函數可以完成所謂的PV操作，即信號量的申請與釋放，完成對線程執行順序的控制。
與互斥鎖一樣，此函數是控制信號量申請資源的非阻塞函數，功能與sem_wait一致，唯一區別在于此函數為非阻塞
該函數為信號量銷毀函數，執行過后可將申請的信號量進行銷毀
#define _GNU_SOURCE
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <semaphore.h>
sem_t sem1,sem2,sem3;//申請的三個信號量變量
void *fun1(void *arg)
{
sem_wait(&sem1);//因sem1本身有資源，所以不被阻塞 獲取后sem1-1 下次會會阻塞
printf("%s:Pthread Come!\n",__FUNCTION__);
sem_post(&sem2);// 使得sem2獲取到資源
pthread_exit(NULL);
}
void *fun2(void *arg)
{
sem_wait(&sem2);//因sem2在初始化時無資源會被阻塞，直至14行代碼執行 不被阻塞 sem2-1 下次會阻塞
printf("%s:Pthread Come!\n",__FUNCTION__);
sem_post(&sem3);
pthread_exit(NULL);
}
void *fun3(void *arg)
{
sem_wait(&sem3);
printf("%s:Pthread Come!\n",__FUNCTION__);
sem_post(&sem1);
pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
int ret;
pthread_t tid1,tid2,tid3;
ret = sem_init(&sem1,0,1);//初始化信號量1 并且賦予其資源
if(ret < 0){
perror("sem_init");
return -1;
}
ret = sem_init(&sem2,0,0);//初始化信號量2 讓其阻塞
if(ret < 0){
perror("sem_init");
return -1;
}
ret = sem_init(&sem3,0,0);//初始化信號3 讓其阻塞
if(ret < 0){
perror("sem_init");
return -1;
}
ret = pthread_create(&tid1,NULL,fun1,NULL);
if(ret != 0){
perror("pthread_create");
return -1;
}
ret = pthread_create(&tid2,NULL,fun2,NULL);
if(ret != 0){
perror("pthread_create");
return -1;
}
ret = pthread_create(&tid3,NULL,fun3,NULL);
if(ret != 0){
perror("pthread_create");
return -1;
}
/*回收線程資源*/
pthread_join(tid1,NULL);
pthread_join(tid2,NULL);
pthread_join(tid3,NULL);
/*銷毀信號量*/
sem_destroy(&sem1);
sem_destroy(&sem2);
sem_destroy(&sem3);
return 0;
}
該例程加入了信號量的控制使得線程的執行順序變為可控的，在初始化信號量時，將信號量1填入資源，使之不被sem_wait函數阻塞，在執行完邏輯后使用sem_pos函數來填入即將要執行的資源。當執行函數sem_wait后，會執行sem自減操作，使下一次競爭被阻塞，直至通過sem_pos被釋放。
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