线程同步linux，linux用什么软件写程序
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求助,关于linux的线程同步问题
【Linux多线程】三个经典同步问题
标签：多线程同步生产者与消费者写者与读者
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在了解了《同步与互斥的区别》之后，我们来看看几个经典的线程同步的例子。相信通过具体场景可以让我们学会分析和解决这类线程同步的问题，以便以后应用在实际的项目中。
一、生产者-消费者问题
问题描述：
一组生产者进程和一组消费者进程共享一个初始为空、大小为 n的缓冲区，只有缓冲区没满时，生产者才能把消息放入到缓冲区，否则必须等待；只有缓冲区不空时，消费者才能从中取出消息，否则必须等待。由于缓冲区是临界资源，它只允许一个生产者放入消息，或者一个消费者从中取出消息。
分析：
关系分析：生产者和消费者对缓冲区互斥访问是互斥关系，同时生产者和消费者又是一个相互协作的关系，只有生产者生产之后，消费者才能消费，它们也是同步关系。
整理思路：这里比较简单，只有生产者和消费者两个进程，且这两个进程存在着互斥关系和同步关系。那么需要解决的是互斥和同步的PV操作的位置。
信号量设置：信号量mutex作为互斥信号量，用于控制互斥访问缓冲池，初值为1；信号量full用于记录当前缓冲池中“满”缓冲区数，初值为 0；信号量empty用于记录当前缓冲池中“空”缓冲区数，初值为n。
代码示例：（semaphore类的封装见下文）
#include<iostream>
#include<unistd.h>// sleep
#include<pthread.h>
#include"semaphore.h"
using namespace std;
#define N 5
semaphore mutex("/", 1);//临界区互斥信号量
semaphore empty("/home", N);//记录空缓冲区数，初值为N
semaphore full("/home/songlee",0);//记录满缓冲区数，初值为0
int buffer[N];//缓冲区，大小为N
int i=0;
int j=0;
void* producer(void* arg)
{
empty.P();// empty减1
mutex.P();
buffer[i]= 10+ rand()% 90;
printf("Producer%d write Buffer[%d]:%d\n",arg,i+1,buffer[i]);
i=(i+1)% N;
mutex.V();
full.V();// full加1
}
void* consumer(void* arg)
{
full.P();// full减1
mutex.P();
printf("\033[1;31m");
printf("Consumer%d read Buffer[%d]:%d\n",arg,j+1,buffer[j]);
printf("\033[0m");
j=(j+1)% N;
mutex.V();
empty.V();// empty加1
}
int main()
{
pthread_t id[10];
//开10个生产者线程，10个消费者线程
for(int k=0; k<10;++k)
pthread_create(&id[k], NULL, producer,(void*)(k+1));
for(int k=0; k<10;++k)
pthread_create(&id[k], NULL, consumer,(void*)(k+1));
sleep(1);
return 0;
}12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455561234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556
编译运行输出结果：
Producer 1 write Buffer[1]: 83
Producer 2 write Buffer[2]: 26
Producer 3 write Buffer[3]: 37
Producer 5 write Buffer[4]: 35
Producer 4 write Buffer[5]: 33
Consumer 1 read Buffer[1]: 83
Producer 6 write Buffer[1]: 35
Consumer 2 read Buffer[2]: 26
Consumer 3 read Buffer[3]: 37
Consumer 4 read Buffer[4]: 35
Consumer 5 read Buffer[5]: 33
Consumer 6 read Buffer[1]: 35
Producer 7 write Buffer[2]: 56
Producer 8 write Buffer[3]: 22
Producer 10 write Buffer[4]: 79
Consumer 9 read Buffer[2]: 56
Consumer 10 read Buffer[3]: 22
Producer 9 write Buffer[5]: 11
Consumer 7 read Buffer[4]: 79
Consumer 8 read Buffer[5]: 1112345678910111213141516171819201234567891011121314151617181920
二、读者-写者问题
问题描述：
有读者和写者两组并发线程，共享一个文件，当两个或以上的读线程同时访问共享数据时不会产生副作用，但若某个写线程和其他线程（读线程或写线程）同时访问共享数据时则可能导致数据不一致的错误。因此要求：
允许多个读者可以同时对文件执行读操作；
只允许一个写者往文件中写信息；
任一写者在完成写操作之前不允许其他读者或写者工作；
写者执行写操作前，应让已有的读者和写者全部退出。
分析：
关系分析：由题目分析可知，读者和写者是互斥的，写者和写者也是互斥的，而读者和读者不存在互斥问题。
整理思路：写者是比较简单的，它与任何线程互斥，用互斥信号量的 PV操作即可解决。读者的问题比较复杂，它必须实现与写者的互斥，多个读者还可以同时读。所以，在这里用到了一个计数器，用它来判断当前是否有读者读文件。当有读者的时候写者是无法写文件的，此时读者会一直占用文件，当没有读者的时候写者才可以写文件。同时，不同的读者对计数器的访问也应该是互斥的。
信号量设置：首先设置一个计数器count，用来记录当前的读者数量，初值为0；设置互斥信号量mutex，用于保护更新 count变量时的互斥；设置互斥信号量rw用于保证读者和写者的互斥访问。
代码示例：
#include<iostream>
#include<unistd.h>// sleep
#include<pthread.h>
#include"semaphore.h"
using namespace std;
int count= 0;//记录当前的读者数量
semaphore mutex("/",1);//用于保护更新count变量时的互斥
semaphore rw("/home",1);//用于保证读者和写者的互斥
void* writer(void* arg)
{
rw.P();//互斥访问共享文件
printf(" Writer%d start writing...\n", arg);
sleep(1);
printf(" Writer%d finish writing...\n", arg);
rw.V();//释放共享文件
}
void* reader(void* arg)
{
mutex.P();//互斥访问count变量
if(count== 0)//当第一个读线程读文件时
rw.P();//阻止写线程写
++count;//读者计数器加1
mutex.V();//释放count变量
printf("Reader%d start reading...\n", arg);
sleep(1);
printf("Reader%d finish reading...\n", arg);
mutex.P();//互斥访问count变量
--count;//读者计数器减1
if(count== 0)//当最后一个读线程读完文件
rw.V();//允许写线程写
mutex.V();//释放count变量
}
int main()
{
pthread_t id[8];//开6个读线程，2个写线程
pthread_create(&id[0], NULL, reader,(void*)1);
pthread_create(&id[1], NULL, reader,(void*)2);
pthread_create(&id[2], NULL, writer,(void*)1);
pthread_create(&id[3], NULL, writer,(void*)2);
pthread_create(&id[4], NULL, reader,(void*)3);
pthread_create(&id[5], NULL,reader,(void*)4);
sleep(2);
pthread_create(&id[6], NULL, reader,(void*)5);
pthread_create(&id[7], NULL,reader,(void*)6);
sleep(4);
return 0;
}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960
编译运行的结果如下：
Reader 2 start reading...
Reader 1 start reading...
Reader 3 start reading...
Reader 4 start reading...
Reader 1 finish reading...
Reader 2 finish reading...
Reader 3 finish reading...
Reader 4 finish reading...
Writer 1 start writing...
Writer 1 finish writing...
Writer 2 start writing...
Writer 2 finish writing...
Reader 5 start reading...
Reader 6 start reading...
Reader 5 finish reading...
Reader 6 finish reading...1234567891011121314151612345678910111213141516
三、哲学家进餐问题
问题描述：
一张圆桌上坐着 5名哲学家，桌子上每两个哲学家之间摆了一根筷子，桌子的中间是一碗米饭，如图所示：
哲学家们倾注毕生精力用于思考和进餐，哲学家在思考时，并不影响他人。只有当哲学家饥饿的时候，才试图拿起左、右两根筷子（一根一根拿起）。如果筷子已在他人手上，则需等待。饥饿的哲学家只有同时拿到了两根筷子才可以开始进餐，当进餐完毕后，放下筷子继续思考。
分析：
关系分析：5名哲学家与左右邻居对其中间筷子的访问是互斥关系。
整理思路：显然这里有 5个线程，那么要如何让一个哲学家拿到左右两个筷子而不造成死锁或饥饿现象？解决方法有两个，一个是让他们同时拿两个筷子；二是对每个哲学家的动作制定规则，避免饥饿或死锁现象的发生。
信号量设置：定义互斥信号量数组chopstick[5]={1,1,1,1,1}用于对 5根筷子的互斥访问。
示例代码：
Linux线程及同步
linux多线程
1.线程概述
线程是一个进程内的基本调度单位，也可以称为轻量级进程。线程是在共享内存空间中并发的多道执行路径，它们共享一个进程的资源，如文件描述和信号处理。因此，大大减少了上下文切换的开销。一个进程可以有多个线程，也就
是有多个线程控制表及堆栈寄存器，但却共享一个用户地址空间。
2.线程实现
线程创建pthread_create()
所需头文件#include
<pthread.h>
函数原型int
pthread_create
((pthread_t
*thread,
pthread_attr_t
*attr,
thread：线程标识符
attr：线程属性设置
start_routine：线程函数的起始地址
arg：传递给start_routine的参数
函数返回值
成功：0
出错：-1
线程退出pthread_exit();
所需头文件#include
<pthread.h>
函数原型void
pthread_exit(void
*retval)
函数传入值retval:pthread_exit()调用者线程的返回值，可由其他函数如pthread_join
来检索获取
等待线程退出并释放资源pthread_join()
所需头文件#include
<pthread.h>
函数原型int
pthread_join
((pthread_t
th,
void
**thread_return))
函数传入值
th：等待线程的标识符
thread_return：用户定义的指针，用来存储被等待线程的返回值（不为NULL时）
函数返回值
成功：0
出错：-1
代码举例
1.
#include<pthread.h>
2.
#include<stdio.h>
3.
#include<errno.h>
4.
5.
/*线程1*/
6.
void
thread1()
7.
{
8.
int
i=0;
9.
10.
while(1)
11.
{
12.
printf(thread1:%d/n,i);
13.
if(i>3)
14.
pthread_exit(0);
15.
i++;
16.
sleep(1);
17.
}
18.
}
19.
20.
/*线程2*/
21.
void
thread2()
22.
{
23.
int
i=0;
24.
25.
while(1)
26.
{
27.
printf(thread2:%d/n,i);
28.
if(i>5)
29.
pthread_exit(0);
30.
i++;
31.
sleep(1);
32.
}
33.
}
34.
35.
int
main()
36.
{
37.
pthread_t
t1,t2;
38.
39.
/*创建线程*/
40.
pthread_create(&t1,NULL,(void
*)thread1,NULL);
41.
pthread_create(&t2,NULL,(void
*)thread2,NULL);
42.
/*等待线程退出*/
43.
pthread_join(t1,NULL);
44.
pthread_join(t2,NULL);
45.
return
0;
46.
}
3同步与互斥
<1>互斥锁
互斥锁的操作主要包括以下几个步骤。
•
互斥锁初始化：pthread_mutex_init
•
互斥锁上锁：pthread_mutex_lock
•
互斥锁判断上锁：pthread_mutex_trylock
•
互斥锁接锁：pthread_mutex_unlock
•
消除互斥锁：pthread_mutex_destroy
1.
#include<pthread.h>
2.
#include<stdio.h>
3.
#include<errno.h>
4.
5.
int
i=0;/*共享变量*/
6.
pthread_mutex_t
mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;/*互斥锁*/
7.
8.
void
thread1()
9.
{
10.
int
ret;
11.
while(1)
12.
{
13.
14.
15.
ret=pthread_mutex_trylock(&mutex);/*判断上锁*/
16.
17.
if(ret!=EBUSY)
18.
{
19.
pthread_mutex_lock(&mutex);/*上锁*/
20.
printf(This
is
thread1:%d/n,i);
21.
i++;
22.
pthread_mutex_unlock(&mutex);/*解锁*/
23.
}
24.
sleep(1);
25.
}
26.
}
27.
28.
void
thread2()
29.
{int
ret;
30.
while(1)
31.
{
32.
33.
ret=pthread_mutex_trylock(&mutex);
34.
if(ret!=EBUSY)
35.
{
36.
pthread_mutex_lock(&mutex);
37.
printf(This
is
thread2:%d/n,i);
38.
i++;
39.
pthread_mutex_unlock(&mutex);
40.
}
41.
sleep(1);
42.
}
43.
}
44.
int
main()
45.
{
46.
pthread_t
t1,t2;
47.
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
48.
pthread_create(&t1,NULL,(void
*)thread1,NULL);
49.
pthread_create(&t2,NULL,(void
*)thread2,NULL);
50.
51.
pthread_join(t1,NULL);
52.
pthread_join(t2,NULL);
53.
54.
pthread_mutex_destroy(&mutex);
55.
return
0;
56.
}
<2>信号量
未进行同步处理的两个线程
1.
#include<pthread.h>
2.
#include<stdio.h>
3.
#include<errno.h>
4.
5.
int
i=0;
6.
void
thread1()
7.
{
8.
9.
while(1)
10.
{
11.
printf(This
is
thread1:%d/n,i);
12.
i++;
13.
sleep(1);
14.
}
15.
}
16.
17.
18.
void
thread2()
19.
{
20.
21.
while(1)
22.
{
23.
printf(This
is
thread2:%d/n,i);
24.
i++;
25.
sleep(1);
26.
}
27.
}
28.
29.
int
main()
30.
{
31.
pthread_t
t1,t2;
32.
33.
pthread_create(&t1,NULL,(void
*)thread1,NULL);
34.
pthread_create(&t2,NULL,(void
*)thread2,NULL);
linux的线程同步方式有哪些
Linux系统中，实现线程同步的方式大致分为六种，其中包括：互斥锁、自旋锁、信号量、条件变量、读写锁、屏障。其中最常用的线程同步方式就是互斥锁、自旋锁、信号量。
1、互斥锁
互斥锁本质就是一个特殊的全局变量，拥有lock和unlock两种状态，unlock的互斥锁可以由某个线程获得，当互斥锁由某个线程持有后，这个互斥锁会锁上变成lock状态，此后只有该线程有权力打开该锁，其他想要获得该互斥锁的线程都会阻塞，直到互斥锁被解锁。
互斥锁的类型：
①普通锁：互斥锁默认类型。当一个线程对一个普通锁加锁以后，其余请求该锁的线程将形成一个等待队列，并在锁解锁后按照优先级获得它，这种锁类型保证了资源分配的公平性。一个线程如果对一个已经加锁的普通锁再次加锁，将引发死锁;对一个已经被其他线程加锁的普通锁解锁，或者对一个已经解锁的普通锁再次解锁，将导致不可预期的后果。
②检错锁：一个线程如果对一个已经加锁的检错锁再次加锁，则加锁操作返回EDEADLK;对一个已经被其他线程加锁的检错锁解锁或者对一个已经解锁的检错锁再次解锁，则解锁操作返回EPERM。
③嵌套锁：该锁允许一个线程在释放锁之前多次对它加锁而不发生死锁;其他线程要获得这个锁，则当前锁的拥有者必须执行多次解锁操作;对一个已经被其他线程加锁的嵌套锁解锁，或者对一个已经解锁的嵌套锁再次解锁，则解锁操作返回EPERM。
④默认锁：一个线程如果对一个已经解锁的默认锁再次加锁，或者对一个已经被其他线程加锁的默认锁解锁，或者对一个解锁的默认锁解锁，将导致不可预期的后果;这种锁实现的时候可能被映射成上述三种锁之一。
2、自旋锁
自旋锁顾名思义就是一个死循环，不停的轮询，当一个线程未获得自旋锁时，不会像互斥锁一样进入阻塞休眠状态，而是不停的轮询获取锁，如果自旋锁能够很快被释放，那么性能就会很高，如果自旋锁长时间不能够被释放，甚至里面还有大量的IO阻塞，就会导致其他获取锁的线程一直空轮询，导致CPU使用率达到100%，特别CPU时间。
3、信号量
信号量是一个计数器，用于控制访问有限共享资源的线程数。
