linux線程同步
信號燈：與互斥鎖和條件變量的主要不同在于"燈"的概念，燈亮則意味著資源可用，燈滅則意味著不可用。
如果說后兩者同步方式側(cè)重于"等待"操作，即資源不可用的話，信號燈機(jī)制則側(cè)重于點(diǎn)燈，即告知資源可用；
沒有等待線程的解鎖或激發(fā)條件都是沒有意義的，而沒有等待燈亮的線程的點(diǎn)燈操作則有效，且能保持燈亮狀態(tài)。當(dāng)然，這樣的操作原語也意味著更多的開銷。
信號燈的應(yīng)用除了燈亮/燈滅這種二元燈以外，也可以采用大于1的燈數(shù)，以表示資源數(shù)大于1，這時(shí)可以稱之為多元燈。
1、創(chuàng)建和注銷
創(chuàng)建：
POSIX信號燈標(biāo)準(zhǔn)定義了有名信號燈和無名信號燈兩種，但LinuxThreads的實(shí)現(xiàn)僅有無名燈，有名燈除了總是可用于多進(jìn)程之間以外，在使用上與無名燈并沒有很大的區(qū)別
intsem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value)
value為信號燈的初值，pshared表示是否為多進(jìn)程共享而不僅僅是用于一個(gè)進(jìn)程。LinuxThreads沒有實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程共享信號燈，因此所有非0值的pshared輸入都將使sem_init()返回-1，且置errno為ENOSYS。初始化好的信號燈由sem變量表征，用于以下點(diǎn)燈、滅燈操作。
注銷：
intsem_destroy(sem_t * sem)
被注銷的信號燈sem要求已沒有線程在等待該信號燈，否則返回-1，且置errno為EBUSY。除此之外，LinuxThreads的信號燈注銷函數(shù)不做其他動作。
2、點(diǎn)燈和滅燈
intsem_post(sem_t * sem)
點(diǎn)燈操作將信號燈值原子地加1，表示增加一個(gè)可訪問的資源。
intsem_wait(sem_t * sem)
sem_wait()為等待燈亮操作，等待燈亮（信號燈值大于0），然后將信號燈原子地減1，并返回。intsem_trywait(sem_t * sem)
sem_trywait()為sem_wait()的非阻塞版，如果信號燈計(jì)數(shù)大于0，則原子地減1并返回0，否則立即返回-1，errno置為EAGAIN。
3、獲取燈值
intsem_getvalue(sem_t * sem, int * sval)
讀取sem中的燈計(jì)數(shù)，存于*sval中，并返回0。
4、其他
sem_wait()被實(shí)現(xiàn)為取消點(diǎn)，而且在支持原子"比較且交換"指令的體系結(jié)構(gòu)上，sem_post()是唯一能用于異步信號處理函數(shù)的POSIX異步信號安全的API。
互斥鎖：對共享資源的訪問, 要對互斥量進(jìn)行加鎖, 如果互斥量已經(jīng)上了鎖, 調(diào)用線程會阻塞, 直到互斥量被解鎖. 在完成了對共享資源的訪問后, 要對互斥量進(jìn)行解鎖
互斥量數(shù)據(jù)類型是pthread_mutex_t
1、創(chuàng)建和銷毀
創(chuàng)建：
靜態(tài)方式 ：?pthread_mutex_t ?mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
動態(tài)方式 ：?intpthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex， const pthread_mutexattr_t *restric attr)
mutexattr用于指定互斥鎖屬性，如果為NULL則使用缺省屬性
銷毀：
intpthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex) ? ?要求鎖當(dāng)前處于開放狀態(tài)
2、互斥鎖屬性
互斥鎖的屬性在創(chuàng)建鎖的時(shí)候指定，在LinuxThreads實(shí)現(xiàn)中僅有一個(gè)鎖類型屬性，不同的鎖類型在試圖對一個(gè)已經(jīng)被鎖定的互斥鎖加鎖時(shí)表現(xiàn)不同
PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP，缺省值，普通鎖，當(dāng)一個(gè)線程加鎖以后，其余請求鎖的線程將形成一個(gè)等待隊(duì)列，并在解鎖后按優(yōu)先級獲得鎖。這種鎖策略保證了資源分配的公平性。
PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP，嵌套鎖，允許同一個(gè)線程對同一個(gè)鎖成功獲得多次，并通過多次unlock解鎖。如果是不同線程請求，則在加鎖線程解鎖時(shí)重新競爭。
PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP，檢錯(cuò)鎖，如果同一個(gè)線程請求同一個(gè)鎖，則返回EDEADLK，否則與PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP類型動作相同。這樣就保證當(dāng)不允許多次加鎖時(shí)不會出現(xiàn)最簡單情況下的死鎖。
PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP，適應(yīng)鎖，動作最簡單的鎖類型，僅等待解鎖后重新競爭。
建議盡量設(shè)置 recursive 屬性以初始化 Linux 的互斥鎖，這樣既可以解決同一線程遞歸加鎖的問題，又可以避免很多情況下死鎖的發(fā)生
3、互斥鎖操作
intpthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex) ? ? ?加鎖
intpthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex) ? 測試加鎖
trylock 這個(gè)函數(shù)是非阻塞調(diào)用模式， 如果互斥量沒被鎖住， trylock函數(shù)將把互斥量加鎖,，并獲得對共享資源的訪問權(quán)限; ；如果互斥量被鎖住了，trylock函數(shù)將不會阻塞等待而直接返回EBUSY，表示共享資源處于忙狀態(tài)。
intpthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex) ? 解鎖
4． 其他
POSIX線程鎖機(jī)制的Linux實(shí)現(xiàn)都不是取消點(diǎn)，因此，延遲取消類型的線程不會因收到取消信號而離開加鎖等待。值得注意的是，如果線程在加鎖后解鎖前被取消，鎖將永遠(yuǎn)保持鎖定狀態(tài)，因此如果在關(guān)鍵區(qū)段內(nèi)有取消點(diǎn)存在，或者設(shè)置了異步取消類型，則必須在退出回調(diào)函數(shù)中解鎖。
這個(gè)鎖機(jī)制同時(shí)也不是異步信號安全的，也就是說，不應(yīng)該在信號處理過程中使用互斥鎖，否則容易造成死鎖。
對于普通鎖和適應(yīng)鎖類型，解鎖者可以是同進(jìn)程內(nèi)任何線程；而檢錯(cuò)鎖則必須由加鎖者解鎖才有效，否則返回EPERM；對于嵌套鎖，文檔和實(shí)現(xiàn)要求必須由加鎖者解鎖，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明并沒有這種限制，這個(gè)不同目前還沒有得到解釋。在同一進(jìn)程中的線程，如果加鎖后沒有解鎖，則任何其他線程都無法再獲得鎖。
基本原則：
對共享資源操作前一定要獲得鎖
完成操作以后一定要釋放鎖
盡量短時(shí)間地占用鎖
如果有多鎖, 如獲得順序是ABC連環(huán)扣, 釋放順序也應(yīng)該是ABC
線程錯(cuò)誤返回時(shí)應(yīng)該釋放它所獲得的鎖
條件變量：利用線程間共享的全局變量進(jìn)行同步的一種機(jī)制。
主要包括兩個(gè)動作：一個(gè)線程等待"條件變量的條件成立"而掛起；另一個(gè)線程使"條件成立"（給出條件成立信號）。
為了防止競爭，條件變量的使用總是和一個(gè)互斥鎖結(jié)合在一起。
1、創(chuàng)建和注銷
創(chuàng)建：
條件變量和互斥鎖一樣，都有靜態(tài)動態(tài)兩種創(chuàng)建方式，靜態(tài)方式使用PTHREAD_COND_INITIALIZER常量
靜態(tài)方式：pthread_cond_t ?cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER
動態(tài)方式：intpthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr)
盡管POSIX標(biāo)準(zhǔn)中為條件變量定義了屬性，但在LinuxThreads中沒有實(shí)現(xiàn)，因此cond_attr值通常為NULL，且被忽略。
注銷：
只有在沒有線程在該條件變量上等待的時(shí)候才能注銷這個(gè)條件變量，否則返回EBUSY
intpthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)
2、等待和激發(fā)
intpthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex) ? 無條件等待intpthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime) ?計(jì)時(shí)等待
計(jì)時(shí)等待方式如果在給定時(shí)刻前條件沒有滿足，則返回ETIMEOUT，結(jié)束等待，其中abstime以與time()系統(tǒng)調(diào)用相同意義的絕對時(shí)間形式出現(xiàn)，0表示格林尼治時(shí)間1970年1月1日0時(shí)0分0秒。
無論哪種等待方式，都必須和一個(gè)互斥鎖配合，以防止多個(gè)線程同時(shí)請求pthread_cond_wait()（或pthread_cond_timedwait()，下同）的競爭條件（Race Condition）。mutex互斥鎖必須是普通鎖（PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP）或者適應(yīng)鎖（PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP），且在調(diào)用pthread_cond_wait()前必須由本線程加鎖（pthread_mutex_lock()），而在更新條件等待隊(duì)列以前，mutex保持鎖定狀態(tài)，并在線程掛起進(jìn)入等待前解鎖。在條件滿足從而離開pthread_cond_wait()之前，mutex將被重新加鎖，以與進(jìn)入pthread_cond_wait()前的加鎖動作對應(yīng)。
激發(fā)條件有兩種形式，pthread_cond_signal()激活一個(gè)等待該條件的線程，存在多個(gè)等待線程時(shí)按入隊(duì)順序激活其中一個(gè)；而pthread_cond_broadcast()則激活所有等待線程。
3、其他
pthread_cond_wait()和pthread_cond_timedwait()都被實(shí)現(xiàn)為取消點(diǎn)，因此，在該處等待的線程將立即重新運(yùn)行，在重新鎖定mutex后離開pthread_cond_wait()，然后執(zhí)行取消動作。也就是說如果pthread_cond_wait()被取消，mutex是保持鎖定狀態(tài)的，因而需要定義退出回調(diào)函數(shù)來為其解鎖。
條件變量機(jī)制不是異步信號安全的，也就是說，在信號處理函數(shù)中調(diào)用pthread_cond_signal()或者pthread_cond_broadcast()很可能引起死鎖。
信號量、互斥鎖與條件變量的區(qū)別
1、互斥鎖必須在同一個(gè)線程 上鎖、解鎖，信號量則不必。
2、互斥鎖只有兩個(gè)狀態(tài)：鎖住，解開。
3、由于信號量有一個(gè)與之關(guān)聯(lián)的狀態(tài)（它的計(jì)數(shù)值），信號量掛出操作總是被記住。然而當(dāng)向一個(gè)條件變量發(fā)送信號時(shí)，如果沒有線程等待在該條件變量上，那么該信號將丟失。
4、互斥鎖是為了上鎖而設(shè)計(jì)的，條件變量是為了等待而設(shè)計(jì)的，信號燈即可用于上鎖，也可用于等待，因而可能導(dǎo)致更多的開銷和更高的復(fù)雜性。
