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linux线程操作、互斥操作

时间:2024-05-06 07:01:10 来源:学到牛牛

在Linux系统中,线程是轻量级的进程,它可以共享进程的资源,包括内存、文件描述符等。在多线程程序中,为了保证共享资源的正确性和一致性,需要使用互斥操作。

 

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互斥操作是指在多个线程同时访问共享数据时,保证只有一个线程能够访问该数据,其他线程需要等待。通常使用互斥锁(Mutex)实现互斥操作。当一个线程获取了互斥锁后,其他线程会被阻塞,直到该线程释放了互斥锁。

 

Linux提供了多种互斥锁,包括pthread_mutex_t、pthread_rwlock_t、semaphore等。其中,pthread_mutex_t是最常用的互斥锁类型。下面以pthread_mutex_t为例,介绍如何使用互斥锁实现线程同步。

 

初始化互斥锁

要使用互斥锁,首先需要初始化它。可以使用pthread_mutex_init函数进行初始化,例如:

 

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

获取互斥锁

在需要访问共享资源的代码块中,需要获取互斥锁。可以除了互斥锁,Linux还提供了其他一些线程同步机制,例如条件变量(Condition Variable)和信号量(Semaphore)。

 

条件变量是一种线程间通信机制,它可以让一个或多个线程等待某个条件成立。当条件成立时,条件变量会通知等待的线程。条件变量通常与互斥锁一起使用,以避免竞态条件。

 

使用条件变量需要以下步骤:

 

创建条件变量

可以使用pthread_cond_init函数创建条件变量,例如:

 

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

等待条件成立

在等待一个条件成立时,需要先获取互斥锁,然后使用pthread_cond_wait函数等待条件成立。该函数会将当前线程挂起,并释放互斥锁。当另一个线程调用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数通知条件成立时,该线程会被唤醒并重新获取互斥锁。

 

pthread_mutex_lock(&mutex);

while (!condition) {

    pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

}

// 条件成立,访问共享资源

pthread_mutex_unlock(&mutex);

注意,在等待条件成立前,需要先获取互斥锁。由于pthread_cond_wait函数会释放互斥锁,因此在重新获取互斥锁后,需要再次检查条件是否成立。

 

通知条件成立

要通知等待条件成立的线程,可以使用pthread_cond_signal或pthread_cond_broadcast函数。其中,pthread_cond_signal函数通知等待队列中的一个线程,而pthread_cond_broadcast函数则通知所有等待的线程。

 

pthread_mutex_lock(&mutex);

condition = true;

pthread_cond_signal(&cond);

pthread_mutex_unlock(&mutex);

销毁条件变量

程序退出前,需要销毁条件变量以释放资源。可以使用pthread_cond_destroy函数销毁条件变量,例如:

 

pthread_cond_destroy(&cond);

信号量是一种计数器,用于控制多个线程对共享资源的访问。在访问共享资源前,线程需要获取信号量。如果信号量计数为0,则线程会被阻塞,直到有其他线程释放信号量。使用信号量可以实现读写锁、生产者消费者模型等复杂的线程同步机制。

 

使用信号量需要以下步骤:

 

创建信号量

可以使用sem_init函数创建信号量,例如:

 

sem_t sem;

sem_init(&sem, 0, 1); // 创建初始计数为1的信号量

获取信号量

在需要访问共享资源的代码块中,需要获取信号量。可以使用sem_wait函数获取信号量,例如:

 

sem_wait(&sem);

// 访问共享资源

sem_post(&sem);

如果信号量计数为0,则当前线程会被阻塞,直到有其他线程释放信号量。

 

释放信号量

在访问完共享资源后,需要释放信号量,以便其他线程可以获取该信号量。可以使用sem_post函数释放信号量,例如:

 

sem_post(&sem);

销毁信号量

在程序退出前,需要销毁信号量以释放资源。可以使用sem_destroy函数销毁信号量,例如:

 

sem_destroy(&sem);

总之,在Linux系统中,除了互斥锁外,还提供了条件变量和信号量等多种线程同步机制。根据具体的需求和场景,选择合适的方法可以提高程序的性能和稳定性。