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Linux操作系統(tǒng)中，信號(hào)量是一種用于進(jìn)程間同步和互斥的重要機(jī)制。它可以保證多個(gè)進(jìn)程在同一個(gè)資源上互斥的訪問(wèn)，從而避免了數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和死鎖的問(wèn)題。而信號(hào)量的管理和同步則是由Seminit系統(tǒng)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
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Seminit的介紹
Seminit系統(tǒng)調(diào)用是Linux內(nèi)核中用于創(chuàng)建和初始化信號(hào)量的系統(tǒng)調(diào)用。它的定義和作用與其他類型的同步原語(yǔ)如mutexes、condvars和rwlocks等非常類似，但是它更為靈活，可以用于實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的同步操作。
Seminit系統(tǒng)調(diào)用的定義如下：
“`c
#include
int seminit (key_t key, int nsems, int sem);
“`
其中，key是一個(gè)32位的鍵值，用于在系統(tǒng)中唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)信號(hào)量集；nsems指定需要?jiǎng)?chuàng)建的信號(hào)量集中的信號(hào)量數(shù)量，sem指定創(chuàng)建時(shí)的額外選項(xiàng)，比如是否允許多個(gè)進(jìn)程共享同一個(gè)信號(hào)量集。
Seminit系統(tǒng)調(diào)用的主要作用是創(chuàng)建一個(gè)新的信號(hào)量集，或者打開已經(jīng)存在的信號(hào)量集。在創(chuàng)建信號(hào)量集時(shí)，Seminit將分配一個(gè)新的信號(hào)量數(shù)組，并對(duì)它進(jìn)行初始化。在打開已經(jīng)存在的信號(hào)量集時(shí)，Seminit將直接返回一個(gè)指向該信號(hào)量集的標(biāo)識(shí)符，不需要做太多的初始化工作。
創(chuàng)建信號(hào)量
創(chuàng)建信號(hào)量集的過(guò)程非常簡(jiǎn)單，只需要調(diào)用Seminit系統(tǒng)調(diào)用，并傳遞需要?jiǎng)?chuàng)建的信號(hào)量數(shù)量即可。如下面的示例所示：
“`c
key_t key = ftok(“/tmp/semfile”, ‘S’);
int nsems = 5;
int semid = seminit(key, nsems, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
if (semid == -1) {
perror(“semget”);
exit(EXIT_FLURE);
}
for (int i = 0; i
struct sembuf op = { .sem_num = i, .sem_op = 1, .sem_ = 0 };
semop(semid, &op, 1);
}
“`
在這個(gè)示例中，我們首先使用ftok函數(shù)生成一個(gè)鍵值，然后調(diào)用Seminit系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個(gè)新的包含nsems個(gè)信號(hào)量的信號(hào)量集。如果創(chuàng)建成功，Seminit將返回一個(gè)標(biāo)識(shí)符semid，我們可以用于后續(xù)的信號(hào)量操作。
初始化信號(hào)量
創(chuàng)建好信號(hào)量集之后，我們還需要對(duì)信號(hào)量進(jìn)行初始化。這通常是通過(guò)調(diào)用Semctl系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)的，它可以修改或查詢一個(gè)指定的信號(hào)量集中的某個(gè)或所有信號(hào)量。
下面是一個(gè)初始化信號(hào)量的示例代碼：
“`c
key_t key = ftok(“/tmp/semfile”, ‘S’);
int nsems = 5;
int semid = seminit(key, nsems, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
if (semid == -1) {
perror(“semget”);
exit(EXIT_FLURE);
}
union semun arg;
arg.val = 0;
for (int i = 0; i
if (semctl(semid, i, SETVAL, arg) == -1) {
perror(“semctl”);
exit(EXIT_FLURE);
}
}
“`
在這個(gè)示例中，我們首先使用Seminit系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個(gè)包含nsems個(gè)信號(hào)量的新信號(hào)量集。之后，我們定義了一個(gè)semun聯(lián)合體，并賦值為0，用于告訴Semctl系統(tǒng)調(diào)用我們希望將所有信號(hào)量的值都設(shè)定為0。我們通過(guò)循環(huán)調(diào)用Semctl系統(tǒng)調(diào)用來(lái)初始化所有信號(hào)量的值。
操作信號(hào)量
創(chuàng)建和初始化信號(hào)量之后，我們就可以開始使用它來(lái)實(shí)現(xiàn)同步互斥操作了。信號(hào)量的操作主要是通過(guò)Semop系統(tǒng)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它可以對(duì)指定的信號(hào)量執(zhí)行加鎖、解鎖等操作。
下面是一個(gè)操作信號(hào)量的示例代碼：
“`c
key_t key = ftok(“/tmp/semfile”, ‘S’);
int nsems = 5;
int semid = seminit(key, nsems, 0);
if (semid == -1) {
perror(“semget”);
exit(EXIT_FLURE);
}
struct sembuf op[] = {
{ .sem_num = 0, .sem_op = -1, .sem_ = SEM_UNDO },
{ .sem_num = 1, .sem_op = 1, .sem_ = SEM_UNDO }
};
if (semop(semid, op, 2) == -1) {
perror(“semop”);
exit(EXIT_FLURE);
}
“`
在這個(gè)示例中，我們使用Seminit系統(tǒng)調(diào)用打開已經(jīng)存在的信號(hào)量集，并使用結(jié)構(gòu)體數(shù)組指定了需要加鎖（之一個(gè)操作）和解鎖（第二個(gè)操作）的信號(hào)量。如果操作成功，Semop將返回0，否則將返回-1并設(shè)置errno來(lái)指示錯(cuò)誤的原因。
相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：
- linux 信號(hào)燈中線程切換問(wèn)題
- 如何對(duì)讀寫鎖進(jìn)行處理
linux 信號(hào)燈中線程切換問(wèn)題
（1）Posix標(biāo)準(zhǔn)中有有名信號(hào)燈和無(wú)名信號(hào)燈之分，對(duì)于有名信號(hào)燈，可以用sem_open來(lái)創(chuàng)建，其prototype是:
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag);//打開已有的信號(hào)燈
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned value);//一般是創(chuàng)建信號(hào)燈。
期中name是信號(hào)燈的名字， oflag是0, O_CREAT 或者 O_CREAT | O_EXCL, 如果指定O_CREAT， 那么mode和value對(duì)應(yīng)創(chuàng)建該信號(hào)的模式和初始值。 如果指定了O_EXCL, 而且該信號(hào)燈已經(jīng)在系統(tǒng)中存在，那調(diào)用會(huì)出錯(cuò)返回SEM_FAILED常量。 對(duì)于Linux內(nèi)核來(lái)說(shuō)，有名信號(hào)燈是很晚才加入內(nèi)核中的，創(chuàng)建或是打開有名信號(hào)時(shí)候，應(yīng)該指定”/semname“名字，對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈創(chuàng)建在/dev/shm目錄下，名字是/dev/shm/sem.semname. W, 用gcc/g++編譯實(shí)用信號(hào)燈功能的程序時(shí)候，應(yīng)該引用librt庫(kù)，（e.g., g++ -lrt sem.cpp). 關(guān)閉已打開的信號(hào)燈，用sem_close(sem_t *sem). 關(guān)閉信號(hào)燈并不意味著系統(tǒng)會(huì)刪除它，要?jiǎng)h除一個(gè)信號(hào)燈，需要調(diào)用sem_unlink(sem_t *sem)。 有名信號(hào)燈一般是為了進(jìn)程之間同步實(shí)用的。 無(wú)名信號(hào)喚清燈，一般是為一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的不同線程之間同步使用的。 創(chuàng)建無(wú)名信號(hào)燈的方法如下：
sem_t sem;
sem_init(&sem, int shared, unsigned int value);//初始化信號(hào)燈。
……
sem_destroy(&sem);//清除信號(hào)燈。
（2）信號(hào)燈的使用和狀態(tài)。
信號(hào)燈一般用來(lái)描述不同線程所共享的公共資源的數(shù)量，每一個(gè)信號(hào)燈都有一個(gè)叫做信號(hào)量的非負(fù)整數(shù)與之相連；信號(hào)量一般代表公共資源的數(shù)目，比如空閑列表中的緩沖區(qū)數(shù)目，視頻中讀入幀的數(shù)目，等等。對(duì)于一個(gè)線程可以用sem_wait, sem_post函數(shù)來(lái)改如缺變一個(gè)信號(hào)燈的信號(hào)量。
sem_wait(sem_t &sem);
sem_wait的語(yǔ)義如下：
{
while(信號(hào)量==0)
等待； //此處線程被掛起，等待其他線程調(diào)用sem_post喚醒之。
信號(hào)量減1；
}
注意：測(cè)試信號(hào)量是否為零，和減一的操作是原子的，也就是說(shuō)期間不會(huì)發(fā)生線程切換。
與sem_wait對(duì)應(yīng)的調(diào)用是sem_post,語(yǔ)義如下：
{
信號(hào)量加1；
喚醒等待該信號(hào)量的線程；//調(diào)用sem_wait并等待的線程。
}
該操作也是原子的。
信號(hào)燈的狀態(tài)可以用sem_getvalue來(lái)查看。一般來(lái)說(shuō)sem_wait和sem_post的調(diào)用不必在同一個(gè)線程內(nèi)成對(duì)出現(xiàn)（象mutex那樣，lock/unlock要配對(duì)出現(xiàn)）。 一般的情形是這樣的，一個(gè)線程等待資源可用，調(diào)用sem_wait, 另外一個(gè)線程生成資源，然后調(diào)用sem_post，喚醒等待該資源的線程。因?yàn)樾盘?hào)燈和橡前所描述的是線程間公共資源，使用的時(shí)候一般和mutex一起使用，mutex保證訪問(wèn)公共資源的線程排他性，信號(hào)燈表示資源的可用性。
如何對(duì)讀寫鎖進(jìn)行處理
信號(hào)量強(qiáng)調(diào)的是線程（或進(jìn)程）間的同步：“信號(hào)量用在多線程多任務(wù)同步的，一個(gè)線程完成了某一個(gè)動(dòng)作就通過(guò)信號(hào)量告訴別的線程，別的線程再進(jìn)行某些動(dòng)作（大家都 在sem_wait的時(shí)候，就枯虧御阻塞在那里）。當(dāng)信號(hào)量為單值信號(hào)量是，也可以完成一個(gè)資源的互斥訪問(wèn)。
有名信號(hào)量：可以用于不同進(jìn)程間或多線程間的互斥與同步
創(chuàng)建打開空信有名信號(hào)量
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag);
sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value);
成功返回信號(hào)量指針；失敗返回SEM_FAILED，設(shè)置errnoname是文件路徑名,但不能寫成/tmp/a.sem這樣的形式,因?yàn)樵趌inux下,sem都是在/dev/shm目錄下,可寫成”/mysem”或”mysem”,創(chuàng)建出來(lái)的文件都 是”/dev/shm/sem.mysem”,mode設(shè)置為0666，value設(shè)置為信號(hào)量的初始值.所需信號(hào)燈等已存在條件下指定O_CREAT|O_EXCL卻是個(gè)錯(cuò)誤。
關(guān)閉信號(hào)量，進(jìn)程終止時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用它
int sem_close(sem_t *sem);
成功返回0；失敗返回-1，設(shè)置errno
刪除信號(hào)量，立即刪除信號(hào)量名字，當(dāng)其他進(jìn)程都關(guān)閉它時(shí)，銷毀它
int sem_unlink(const char *name);
等待信號(hào)量，測(cè)試信號(hào)量的值，如果其值小于或等于0，那么就等待（阻塞）；一旦其值變?yōu)榇笥?就將它減1，并返回
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_trywait(sem_t *sem);
成功返回0；失敗返回-1，設(shè)置errno
當(dāng)信號(hào)量的值為0時(shí)，sem_trywait立即返回，設(shè)置errno為EAGAIN。如果被某個(gè)信號(hào)中斷，sem_wait會(huì)過(guò)早地返回，設(shè)置errno為EINTR
發(fā)出信號(hào)量，給它的值加1，然后喚醒正在等待該信號(hào)量的進(jìn)程或線程
int sem_post(sem_t *sem);
成功返回0；失敗返回-1，不會(huì)改變它的值，設(shè)置errno，該函數(shù)是異步信號(hào)安全的，可以在信號(hào)處理程序里調(diào)用它無(wú)名信號(hào)量，用于進(jìn)程體內(nèi)各線程間的互斥和同步,使用如下API(無(wú)名信號(hào)量,基于內(nèi)存的信號(hào)量)
（1）、sem_init
功能：用于創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量，并初始化信號(hào)量的值。
頭文件：
函數(shù)原型： int sem_init (sem_t* sem, int pshared, unsigned int value);
函數(shù)傳入值： sem:信號(hào)量。pshared:決定信號(hào)量能否在幾個(gè)進(jìn)程間共享。由于目前LINUX還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間共享信息量，所以這個(gè)值只能取0。
（2）其他函數(shù)。
int sem_wait (sem_t* sem);
int sem_trywait (sem_t* sem);
int sem_post (sem_t* sem);
int sem_getvalue (sem_t* sem);
int sem_destroy (sem_t* sem);
功能：sem_wait和sem_trywait相當(dāng)于P操作，它們都能將信號(hào)量的值減一，兩者的區(qū)別在于若信號(hào)量的值小于零時(shí)，sem_wait將會(huì)阻塞進(jìn)程，而sem_trywait則會(huì)立即返回。sem_post相當(dāng)于V操作，它將信號(hào)量的值加一，同時(shí)發(fā)出喚醒的信號(hào)給等待的進(jìn)程（或線程）。
sem_getvalue 得到信號(hào)量的值。
sem_destroy 摧毀信號(hào)量。
如果某個(gè)基于內(nèi)存的信號(hào)燈是在不同進(jìn)程間同步的，該信號(hào)燈必須存放在共享內(nèi)存區(qū)中，這要只要該共享內(nèi)存區(qū)存在，該信號(hào)燈就存在。
互斥鎖(又名互斥量）強(qiáng)調(diào)的是資源的訪問(wèn)互斥：互斥鎖是用在多線程多任務(wù)互斥的，一個(gè)線程占用了某一個(gè)資源，那么別的線程就無(wú)法訪問(wèn)，直到這個(gè)線程unlock，其他的線程才開始可以利用這個(gè)資源。比如對(duì)全局變量的訪問(wèn)，有時(shí)要加鎖，操作完了，在解鎖。有的時(shí)候鎖和信號(hào)量會(huì)同時(shí)使用的”
也就是說(shuō)，信號(hào)量不一定是鎖定某一個(gè)資源，而是流程上的概念，比如：有A,B兩個(gè)線程，B線程要等A線程完成某一任務(wù)以后再進(jìn)行自己下面的步驟，這個(gè)任務(wù)并不一定是鎖定某一資源，還可以是進(jìn)行一些計(jì)算或者數(shù)據(jù)處理之類。而線程互斥量則是“沒(méi)巖鎖住某一資源”的概念，在鎖定期間內(nèi)，其他線程無(wú)法對(duì)被保護(hù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。在有些情況下兩者可以互換。
在linux下, 線程的互斥量數(shù)據(jù)類型是pthread_mutex_t. 在使用前, 要對(duì)它進(jìn)行初始化:
對(duì)于靜態(tài)分配的互斥量, 可以把它設(shè)置為PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER, 或者調(diào)用pthread_mutex_init.
對(duì)于動(dòng)態(tài)分配的互斥量, 在申請(qǐng)內(nèi)存(malloc)之后, 通過(guò)pthread_mutex_init進(jìn)行初始化, 并且在釋放內(nèi)存(free)前需要調(diào)用pthread_mutex_destroy.
原型:
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restric attr);
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);
頭文件:
返回值: 成功則返回0, 出錯(cuò)則返回錯(cuò)誤編號(hào).
說(shuō)明: 如果使用默認(rèn)的屬性初始化互斥量, 只需把a(bǔ)ttr設(shè)為NULL. 其他值在以后講解.
首先說(shuō)一下加鎖函數(shù):
頭文件:
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
返回值: 成功則返回0, 出錯(cuò)則返回錯(cuò)誤編號(hào).
說(shuō) 明: 具體說(shuō)一下trylock函數(shù), 這個(gè)函數(shù)是非阻塞調(diào)用模式, 也就是說(shuō), 如果互斥量沒(méi)被鎖住, trylock函數(shù)將把互斥量加鎖, 并獲得對(duì)共享資源的訪問(wèn)權(quán)限; 如果互斥量 被鎖住了, trylock函數(shù)將不會(huì)阻塞等待而直接返回EBUSY, 表示共享資源處于忙狀態(tài).
再說(shuō)一下解所函數(shù):
頭文件:
原型: int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
返回值: 成功則返回0, 出錯(cuò)則返回錯(cuò)誤編號(hào).
條件變量常與互斥鎖同時(shí)使用，達(dá)到線程同步的目的：條件變量通過(guò)允許線程阻塞和等待另一個(gè)線程發(fā)送信號(hào)的方法彌補(bǔ)了互斥鎖的不足。在發(fā) 送信號(hào)時(shí)，如果沒(méi)有線程 等待在該條件變量上，那么信號(hào)將丟失；而信號(hào)量有計(jì)數(shù)值，每次信號(hào)量post操作都會(huì)被記錄
互斥鎖必須是誰(shuí)上鎖就由誰(shuí)來(lái)解鎖，而信號(hào)量的wait和post操作不必由同一個(gè)線程執(zhí)行。
2. 互斥鎖要么被鎖住，要么被解開，和二值信號(hào)量類似
3. sem_post是各種同步技巧中，唯一一個(gè)能在信號(hào)處理程序中安全調(diào)用的函數(shù)
4. 互斥鎖是為上鎖而優(yōu)化的；條件變量是為等待而優(yōu)化的； 信號(hào)量既可用于上鎖，也可用于等待，因此會(huì)有更多的開銷和更高的復(fù)雜性
5. 互斥鎖，條件變量都只用于同一個(gè)進(jìn)程的各線程間，而信號(hào)量（有名信號(hào)量）可用于不同進(jìn)程間的同步。當(dāng)信號(hào)量用于進(jìn)程間同步時(shí)，要求信號(hào)量建立在共享內(nèi)存區(qū)。
6. 信號(hào)量有計(jì)數(shù)值，每次信號(hào)量post操作都會(huì)被記錄，而條件變量在發(fā)送信號(hào)時(shí)，如果沒(méi)有線程在等待該條件變量，那么信號(hào)將丟失。
讀寫鎖
讀寫鎖與互斥量類似，不過(guò)讀寫鎖允許更高的并行性?；コ饬恳词擎i住狀態(tài)要么是不加鎖狀態(tài)，而且一次只有一個(gè)線程可以對(duì)其加鎖。
讀寫鎖可以由三種狀態(tài)：讀模式下加鎖狀態(tài)、寫模式下加鎖狀態(tài)、不加鎖狀態(tài)。一次只有一個(gè)線程可以占有寫模式的讀寫鎖，但是多個(gè)線程可以同時(shí)占有讀模式的讀寫
鎖。
在讀寫鎖是寫加鎖狀態(tài)時(shí)，在這個(gè)鎖被解鎖之前，所有試圖對(duì)這個(gè)鎖加鎖的線程都會(huì)被阻塞。當(dāng)讀寫鎖在讀加鎖狀態(tài)時(shí)，所有試圖以讀模式對(duì)它進(jìn)行加鎖的線程都可以得到訪問(wèn)權(quán)，但是如果線程希望以寫模式對(duì)此鎖進(jìn)行加鎖，它必須阻塞直到所有的線程釋放讀鎖。雖然讀寫鎖的實(shí)現(xiàn)各不相同，但當(dāng)讀寫鎖處于讀模式鎖住狀態(tài)時(shí)，如果有另外的線程試圖以寫模式加鎖，讀寫鎖通常會(huì)阻塞隨后的讀模式鎖請(qǐng)求。這樣可以避免讀模式鎖長(zhǎng)期占用，而等待的寫模式鎖請(qǐng)求一直得不到滿足。
讀寫鎖非常適合于對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)讀的次數(shù)遠(yuǎn)大于寫的情況。當(dāng)讀寫鎖在寫模式下時(shí)，它所保護(hù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就可以被安全地修改，因?yàn)楫?dāng)前只有一個(gè)線程可以在寫模式下?lián)?有這個(gè)鎖。當(dāng)讀寫鎖在讀狀態(tài)下時(shí)，只要線程獲取了讀模式下的讀寫鎖，該鎖所保護(hù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以被多個(gè)獲得讀模式鎖的線程讀取。
讀寫鎖也叫做共享-獨(dú)占鎖，當(dāng)讀寫鎖以讀模式鎖住時(shí)，它是以共享模式鎖住的；當(dāng)他以寫模式鎖住時(shí)，它是以獨(dú)占模式鎖住的。
初始化和銷毀:
#include
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);
成功則返回0, 出錯(cuò)則返回錯(cuò)誤編號(hào).
同互斥量以上, 在釋放讀寫鎖占用的內(nèi)存之前, 需要先通過(guò)thread_rwlock_destroy對(duì)讀寫鎖進(jìn)行清理工作, 釋放由init分配的資源.
讀和寫:
#include
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
成功則返回0, 出錯(cuò)則返回錯(cuò)誤編號(hào).
這3個(gè)函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)獲取讀鎖, 獲取寫鎖和釋放鎖的操作. 獲取鎖的兩個(gè)函數(shù)是阻塞操作, 同樣, 非阻塞的函數(shù)為:
#include
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);
成功則返回0, 出錯(cuò)則返回錯(cuò)誤編號(hào).
非阻塞的獲取鎖操作, 如果可以獲取則返回0, 否則返回錯(cuò)誤的EBUSY.
雖然讀寫鎖提高了并行性，但是就速度而言并不比互斥量快.
可能這也是即使有讀寫鎖存在還會(huì)使用互斥量的原因，因?yàn)樗谒俣确矫媛詣僖换I。這就需要我們?cè)趯懗绦虻臅r(shí)候綜合考慮速度和并行性并找到一個(gè)折中。
比如： 假設(shè)使用互斥量需要0.5秒，使用讀寫鎖需要0.8秒。在類似學(xué)生管理系統(tǒng)這類中，可能百分之九十的時(shí)間都是查詢操作，那么假如現(xiàn)在突然來(lái)個(gè)個(gè)20個(gè)請(qǐng)求，如果使用的是互斥量，那么最后的那個(gè)查詢請(qǐng)求被滿足需要10后。這樣，估計(jì)沒(méi)人能受得了。而使用讀寫鎖，應(yīng)為 讀鎖能夠多次獲得。所以所有的20個(gè)請(qǐng)求，每個(gè)請(qǐng)求都能在1秒左右得到滿足。
也就是說(shuō)，在一些寫操作比較多或是本身需要同步的地方并不多的程序中我們應(yīng)該使用互斥量，而在讀操作遠(yuǎn)大于寫操作的一些程序中我們應(yīng)該使用讀寫鎖來(lái)進(jìn)行同步
條件變量(condition)
條件變量與互斥量一起使用時(shí)，允許線程以無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的方式等待特定的條件發(fā)生。
條件本身是由互斥量保護(hù)的。線程在改變條件狀態(tài)前必須首先鎖住互斥量，其它線程在獲得互斥量之前不會(huì)察覺(jué)到這種改變，因此必須鎖定互斥量以后才能計(jì)算條件。
條件的檢測(cè)是在互斥鎖的保護(hù)下進(jìn)行的。如果一個(gè)條件為假，一個(gè)線程自動(dòng)阻塞，并釋放等待狀態(tài)改變的互斥鎖。如果另一個(gè)線程改變了條件，它發(fā)信號(hào)給關(guān)聯(lián)的條件
變量，喚醒一個(gè)或多個(gè)等待它的線程，重新獲得互斥鎖，重新評(píng)價(jià)條件。如果兩進(jìn)程共享可讀寫的內(nèi)存，條件變量可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩進(jìn)程間的線程同步。
1. 初始化:
條件變量采用的數(shù)據(jù)類型是pthread_cond_t, 在使用之前必須要進(jìn)行初始化, 這包括兩種方式:
靜態(tài): 可以把常量PTHREAD_COND_INITIALIZER給靜態(tài)分配的條件變量.
動(dòng)態(tài): pthread_cond_init函數(shù), 是釋放動(dòng)態(tài)條件變量的內(nèi)存空間之前, 要用pthread_cond_destroy對(duì)其進(jìn)行清理.
#include
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_condattr_t *restrict attr);
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
成功則返回0, 出錯(cuò)則返回錯(cuò)誤編號(hào).
注意：條件變量占用的空間并未被釋放。
當(dāng)pthread_cond_init的attr參數(shù)為NULL時(shí), 會(huì)創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)屬性的條件變量; 非默認(rèn)情況以后討論.
2. 等待條件:
#include
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restric mutex);
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict timeout);
成功則返回0, 出錯(cuò)則返回錯(cuò)誤編號(hào).
這兩個(gè)函數(shù)分別是阻塞等待和超時(shí)等待.
等待條件函數(shù)等待條件變?yōu)檎? 傳遞給pthread_cond_wait的互斥量對(duì)條件進(jìn)行保護(hù), 調(diào)用者把鎖住的互斥量傳遞給函數(shù). 函數(shù)把調(diào)用線程放到等待條件的線程列表上, 然后對(duì)互斥量解鎖, 這兩個(gè)操作是原子的. 這樣 便關(guān)閉了條件檢查和線程進(jìn)入休眠狀態(tài)等待條件改變這兩個(gè)操作之間的時(shí)間通道, 這樣線程就不會(huì)錯(cuò)過(guò)條件的任何變化.
當(dāng)pthread_cond_wait返回時(shí), 互斥量再次被鎖住.
pthread_cond_wait函數(shù)的返回并不意味著條件的值一定發(fā)生了變化，必須重新檢查條件的值。
pthread_cond_wait函數(shù)返回時(shí)，相應(yīng)的互斥鎖將被當(dāng)前線程鎖定，即使是函數(shù)出錯(cuò)返回。
阻塞在條件變量上的線程被喚醒以后，直到pthread_cond_wait()函數(shù)返回之前條件的值都有可能發(fā)生變化。所以函數(shù)返回以后，在鎖定相應(yīng)的互斥鎖之前，必須重新測(cè)試條 件值。更好的測(cè)試方法是循環(huán)調(diào)用pthread_cond_wait函數(shù)，并把滿足條件的表達(dá)式置為循環(huán)的終止條件。如：
pthread_mutex_lock();
while (condition_is_false)
pthread_cond_wait();
pthread_mutex_unlock();
阻塞在同一個(gè)條件變量上的不同線程被釋放的次序是不一定的。
注意：pthread_cond_wait()函數(shù)是退出點(diǎn)，如果在調(diào)用這個(gè)函數(shù)時(shí)，已有一個(gè)掛起的退出請(qǐng)求，且線程允許退出，這個(gè)線程將被終止并開始執(zhí)行善后處理函數(shù)，而這時(shí)和條 件變量相關(guān)的互斥鎖仍將處在鎖定狀態(tài)。
pthread_cond_timedwait函數(shù)到了一定的時(shí)間，即使條件未發(fā)生也會(huì)解除阻塞。這個(gè)時(shí)間由參數(shù)abstime指定。函數(shù)返回時(shí)，相應(yīng)的互斥鎖往往是鎖定的，即使是函數(shù)出錯(cuò)返回。
注意：pthread_cond_timedwait函數(shù)也是退出點(diǎn)。
超時(shí)時(shí)間參數(shù)是指一天中的某個(gè)時(shí)刻。使用舉例：
pthread_timestruc_t to;
to.tv_sec = time(NULL) + TIMEOUT;
to.tv_nsec = 0;
超時(shí)返回的錯(cuò)誤碼是ETIMEDOUT。
3. 通知條件:
#include
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);
成功則返回0, 出錯(cuò)則返回錯(cuò)誤編號(hào).
這兩個(gè)函數(shù)用于通知線程條件已經(jīng)滿足. 調(diào)用這兩個(gè)函數(shù), 也稱向線程或條件發(fā)送信號(hào). 必須注意, 一定要在改變條件狀態(tài)以后再給線程發(fā)送信號(hào).
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