Linux _pthread 线程的同步 浅见

2023-12-14 14:48
文章标签 linux 线程 同步 pthread 浅见

本文主要是介绍Linux _pthread 线程的同步 浅见，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

线程的同步

  1. 问题
    同一个进程内的各个线程，共享该进程内的全局变量
    如果多个线程同时对某个全局变量进行访问时，就可能导致竞态。

    解决办法，对临界区使用信号量、或互斥量。

  2. 信号量和互斥量的选择。
    对于同步和互斥，使用信号量或互斥量都可以实现。
    使用时，选择更符合语义的手段：
    如果要求最多只允许一个线程进入临界区，则使用互斥量
    如果要求多个线程之间的执行顺序满足某个约束，则使用信号量

  3. 信号量
    1）什么是信号量
    此时所指的“信号量”是指用于同一个进程内多个线程之间的信号量。
    即POSIX信号量，而不是System V信号量（用于进程之间的同步)

     用于线程的信号量的原理，与用于进程之间的信号量的原理相同。都有P操作、V操作。信号量的表示：sem_t  类型

    2) 信号量的初始化
    sem_init
    原型：int sem_init (sem_t *sem， int pshared, unsigned int value);
    功能：对信号量进行初始化
    参数：sem, 指向被初始化的信号量
    pshared, 0：表示该信号量是该进程内使用的“局部信号量”， 不再被其他进程共享。
    非0：该信号量可被其他进程共享，Linux不支持这种信号量
    value, 信号量的初值。

    = 0
    返回值：成功，返回0
    失败， 返回错误码

    3) 信号量的P操作
    sem_wait
    原型：int sem_wait (sem_t *sem);
    返回值：成功，返回0
    失败， 返回错误码

    4) 信号量的V操作
    sem_post
    原型：int sem_post (sem_t *sem);
    返回值：成功，返回0
    失败， 返回错误码

    5) 信号量的删除
    sem_destroy
    原型：int sem_destroy (sem_t *sem);
    返回值：成功，返回0
    失败， 返回错误码

    6) 实例
    主线程循环输入字符串，把字符串存放到一个全局缓存中。
    新线程从全局缓存中读取字符串，统计该字符串的长度。
    直到用户输入end
    main1.c

    创建2个线程（共有主线程、线程1、线程2共3个线程）
主线程阻塞式等待用户输入字符串
主线程每接收到一个字符串之后， 线程1就马上对该字符串进行处理。
线程1的处理逻辑为：统计该字符串的个数，并记录当时的时间。
线程1把该字符串处理完后，线程2马上就把处理结果写入文件result.txt
直到用户输入exit.
multi_pthread.c

  4. 互斥量
    1）什么是互斥量
    效果上等同于初值为1的信号量

     互斥量的使用：类型为 pthread_mutex_t

    2）互斥量的初始化
    pthread_mutex_init
    原型：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex,
    pthread_mutexattr_t *attr);
    参数：mutex， 指向被初始化的互斥量
    attr, 指向互斥量的属性
    一般取默认属性（当一个线程已获取互斥量后，该线程再次获取该信号量，将导致死锁!)

    3) 互斥量的获取
    pthread_mutex_lock
    原型：int pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *mutex);

    4）互斥量的释放
    pthread_mutex_unlock
    原型：int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *mutex);

    5）互斥量的删除
    pthread_mutex_destroy
    int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t *mutex);

    6) 实例
    最简单的互斥量使用
    main2.c

    main3.c
(1) 分析程序的功能
(2) 分析程序存在的隐患
(3) 用互斥量解决该程序的隐患 (不能删除、修改代码，只能添加代码）         修改后为main4.c

void work(char *str)
{char *p = str;while(*p) {if (*p >= 'a' && *p <= 'z') {*p = *p - 'a' + 'A';}}}time_t time;
time(&time);
char *p = ctime(&time);

main1.c

#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>#define BUFF_SIZE 80char buff[BUFF_SIZE];
sem_t sem;static void* str_thread_handle(void *arg) 
{while(1) {//P(sem)if (sem_wait(&sem) != 0) {printf("sem_wait failed!\n");exit(1);}printf("string is: %slen=%d\n", buff, strlen(buff));if (strncmp(buff, "end", 3) == 0) {break;}}
}int main(void)
{int ret;pthread_t  str_thread;void *thread_return;ret = sem_init(&sem, 0, 0);if (ret != 0) {printf("sem_init failed!\n");exit(1);}ret = pthread_create(&str_thread, 0, str_thread_handle, 0);if (ret != 0) {printf("pthread_create failed!\n");exit(1);}while (1) {fgets(buff, sizeof(buff), stdin);//V(sem)if (sem_post(&sem) != 0) {printf("sem_post failed!\n");exit(1);}if (strncmp(buff, "end", 3) == 0) {break;}}ret = pthread_join(str_thread, &thread_return);if (ret != 0) {printf("pthread_join failed!\n");exit(1);}ret = sem_destroy(&sem);if (ret != 0) {printf("sem_destroy failed!\n");exit(1);}return 0;
}

main2.c

#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>#define BUFF_SIZE 80int global_value = 1000;
pthread_mutex_t  lock;static void* str_thread_handle(void *arg) 
{int i = 0;for (i=0; i<10; i++) {//pthread_mutex_lock(&lock);if (global_value  > 0) {// worksleep(1);printf("soled ticket(%d) to ChildStation(%d)\n",global_value, i+1);}global_value--;//pthread_mutex_unlock(&lock);sleep(1);}
}int main(void)
{int ret;pthread_t  str_thread;void *thread_return;int i;ret = pthread_mutex_init(&lock, 0);if (ret != 0) {printf("pthread_mutex_init failed!\n");exit(1);}ret = pthread_create(&str_thread, 0, str_thread_handle, 0);if (ret != 0) {printf("pthread_create failed!\n");exit(1);}for (i=0; i<10; i++) {//pthread_mutex_lock(&lock);if (global_value  > 0) {// worksleep(1);printf("soled ticket(%d) to MainStation(%d)\n",global_value, i+1);}global_value--;//pthread_mutex_unlock(&lock);sleep(1);}ret = pthread_join(str_thread, &thread_return);if (ret != 0) {printf("pthread_join failed!\n");exit(1);}ret = pthread_mutex_destroy(&lock);if (ret != 0) {printf("pthread_mutex_destroy failed!\n");exit(1);}return 0;
}

main3.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>void *thread_function(void *arg);#define WORK_SIZE 1024
char work_area[WORK_SIZE];
int time_to_exit = 0;int main() 
{int res;pthread_t a_thread;void *thread_result;res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, NULL);if (res != 0) {perror("Thread creation failed");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Input some text. Enter 'end' to finish\n");while(!time_to_exit) {fgets(work_area, WORK_SIZE, stdin);while(1) {if (work_area[0] != '\0') {sleep(1);}else {break;}}}printf("\nWaiting for thread to finish...\n");res = pthread_join(a_thread, &thread_result);if (res != 0) {perror("Thread join failed");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Thread joined\n");exit(EXIT_SUCCESS);
}void *thread_function(void *arg) 
{sleep(1);while(strncmp("end", work_area, 3) != 0) {printf("You input %d characters\n", strlen(work_area) -1);work_area[0] = '\0';sleep(1);while (work_area[0] == '\0' ) {sleep(1);}}time_to_exit = 1;work_area[0] = '\0';pthread_exit(0);
}

main4.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>void *thread_function(void *arg);
pthread_mutex_t work_mutex; /* protects both work_area and time_to_exit */#define WORK_SIZE 1024
char work_area[WORK_SIZE];
int time_to_exit = 0;int main() {int res;pthread_t a_thread;void *thread_result;res = pthread_mutex_init(&work_mutex, NULL);if (res != 0) {perror("Mutex initialization failed");exit(EXIT_FAILURE);}res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, NULL);if (res != 0) {perror("Thread creation failed");exit(EXIT_FAILURE);}pthread_mutex_lock(&work_mutex);printf("Input some text. Enter 'end' to finish\n");while(!time_to_exit) {fgets(work_area, WORK_SIZE, stdin);pthread_mutex_unlock(&work_mutex);while(1) {pthread_mutex_lock(&work_mutex);if (work_area[0] != '\0') {pthread_mutex_unlock(&work_mutex);sleep(1);}else {break;}}}pthread_mutex_unlock(&work_mutex);printf("\nWaiting for thread to finish...\n");res = pthread_join(a_thread, &thread_result);if (res != 0) {perror("Thread join failed");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Thread joined\n");pthread_mutex_destroy(&work_mutex);exit(EXIT_SUCCESS);
}void *thread_function(void *arg) {sleep(1);pthread_mutex_lock(&work_mutex);while(strncmp("end", work_area, 3) != 0) {printf("You input %d characters\n", strlen(work_area) -1);work_area[0] = '\0';pthread_mutex_unlock(&work_mutex);sleep(1);pthread_mutex_lock(&work_mutex);while (work_area[0] == '\0' ) {pthread_mutex_unlock(&work_mutex);sleep(1);pthread_mutex_lock(&work_mutex);}}time_to_exit = 1;work_area[0] = '\0';pthread_mutex_unlock(&work_mutex);pthread_exit(0);
}

这篇关于Linux _pthread 线程的同步 浅见的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/492949。

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