IO进程(5):线程
目录
1.线程同步
1.1同步概念
1.2信号量
1.3信号量的特性
1.4信号量的分类
1.5函数接口
1.5.1初始化信号量
1.5.2申请资源(p操作)
1.5.3释放资源(V操作)
2.线程互斥
2.1互斥概念
2.2互斥锁
2.3函数接口
2.4死锁
2.5条件变量
1.线程同步
在应用层中有这两个概念:
同步:现在有两件事都是你应该去做的事情,那么这两件事是不是有先后的顺序
异步:我在做一件事情的同时还可以去做另一件事情
1.1同步概念
多个线程(任务)按照约定的顺序相互配合完成一件事
1.2信号量
通过信号量实现线程间同步。
信号量:由信号量来决定线程是继续运行还是阻塞等待,信号量代表某一类资源,其值表示系统中该资源的数量
信号量是一个受保护的变量,只能通过三种操作来访问:初始化、P操作(申请资源)、V操作(释放资源)
信号量的值为非负整数
1.3信号量的特性
P操作(申请资源):
当信号量的值大于0时,可以申请到资源,申请资源后信号量的值减1
当信号量的值等于0时,申请不到资源,函数阻塞
V操作(释放资源):
不阻塞,执行到释放操作,信号量的值加1
1.4信号量的分类
1.posix信号量:
a. 无名信号量:数据存储在内存中,通常在线程间使用或父子进程间
函数接口:sem_init\sem_wait\sem_post
b. 有名信号量:数据存储在文件中,在进程间线程间都可以使用
函数接口:sem_open\sem_wait\sem_post\sem_close
2.System V信号量
是信号量的集合,叫信号灯集,属于IPC对象
函数接口:semget\semctl\semop
1.5函数接口
1.5.1初始化信号量
#include <semaphore.h>int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value)
功能:初始化信号量 (信号量的表示,在代码中可以定义多个信号量,通过它可以区分不同的信号量)
参数:sem:初始化的信号量对象 pshared:信号量共享的范围(0: 线程间使用 非0:1进程间使用)
value:信号量初值
返回值:成功 0
失败 -1
示例:
1.5.2申请资源(p操作)
int sem_wait(sem_t *sem)
功能:申请资源 P操作
参数:sem:信号量对象
返回值:成功 0
失败 -1
注:此函数执行过程,当信号量的值大于0时,表示有资源可以用,则继续执行,同时对信号量减1;当信号量的值等于0时,表示没有资源可以使用,函数阻塞
示例:
1.5.3释放资源(V操作)
int sem_post(sem_t *sem)
功能:释放资源 V操作
参数:sem:信号量对象
返回值:成功 0
失败 -1
注:释放一次信号量的值加1,函数不阻塞
示例:
2.线程互斥
2.1互斥概念
多个线程访问临界资源时,同一时间只能一个线程访问
临界资源:多个线程共同访问的数据,且一次仅允许一个进程所使用的资源
2.2互斥锁
通过互斥锁可以实现互斥机制,主要用来保护临界资源,每个临界资源都由一个互斥锁来保护,线程必须先获得互斥锁才能访问临界资源,访问完资源后释放该锁。如果无法获得锁,线程会阻塞直到获得锁为止。
互斥锁的操作方式:初始化
申请锁(上锁):阻塞
当申请不到锁时(表示:锁被其他线程占用),是阻塞的
释放锁(解锁):非阻塞
注:上锁和解锁需要成对出现
2.3函数接口
(如果使用 man 手册查看不到以下函数,是因为你的man手册没有安装关于posix的帮助文档)
(使用:sudo apt-get install glibc-doc
sudo apt-get install manpages-posix-dev)
#include <pthread.h>
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t * mutex, pthread_mutexattr_t *attr)
功能:初始化互斥锁
参数:mutex:互斥锁
attr: 互斥锁属性 // 一般设置为NULL
返回值:成功 0
失败 -1int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)
功能:申请互斥锁
参数:mutex:互斥锁
返回值:成功 0
失败 -1int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)
功能:释放互斥锁
参数:mutex:互斥锁
返回值:成功 0
失败 -1int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)
功能:销毁互斥锁
参数:mutex:互斥锁
补充:pthread_mutex_lock和pthread_mutex_trylock区别:
pthread_mutex_lock是阻塞的;
pthread_mutex_trylock不阻塞,如果申请不到锁会立刻返回
案例:两个线程,一个线程倒置全局数组中的数,另一个线程遍历数组中数据,每隔1s打印一次。 int a[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
编译:gcc xxx.c -lpthread
2.4死锁
是指两个或两个以上的进程/线程在执行过程中,由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去
死锁产生的四个必要条件:
1、互斥使用,即当资源被一个线程使用(占有)时,别的线程不能使用
2、不可抢占,资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源,资源只能由资源占有者主动释放。
3、请求和保持,即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。
4、循环等待,即存在一个等待队列:P1占有P2的资源,P2占有P3的资源,P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。
注意:当上述四个条件都成立的时候,便形成死锁。当然,死锁的情况下如果打破上述任何一个条件,便可让死锁消失。
2.5条件变量
和互斥锁搭配使用,实现同步操作
初始化:pthread_cond_init
等待条件变量产生:pthread_cond_wait
产生条件变量:pthread_cond_signal
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t * attr);
功能:初始化条件变量
参数:cond:是一个指向结构pthread_cond_t的指针
restrict attr:是一个指向结构pthread_condattr_t的指针,一般设为NULL
返回值:成功:0 失败:非0int pthread_cond_wait(pthread_cond_t * cond, pthread_mutex_t restrict *mutex);
功能:等待条件的产生
参数:restrict cond:要等待的条件
restrict mutex:对应的锁
返回值:成功:0,失败:不为0int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
功能:产生条件变量
参数:cond:条件变量值
返回值:成功:0,失败:非0
补充:
- 当没有条件产生时pthread_cond_wait函数会阻塞,同时会将锁解开;如果等待到条件产生,函数会结束阻塞同时进行上锁。
- pthread_cond_wait阻塞状态是等待pthread_cond_signal唤醒
- pthread_cond_signal只能唤醒单个cond_wait,相当于一对一;pthread_cond_broadcast可以唤醒多个cond_wait,相当于一对多
案例:两个线程,一个线程倒置全局数组中的数,另一个线程遍历数组中数据,每隔1s打印一次。要求:实现倒置一次,打印一次,顺序执行