linux編程-線程

MUTEX

一.概述 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

????互斥量是線程同步的一種機制，用來保護多線程的共享資源。同一時刻，只允許一個線程對臨界區(qū)進行訪問。

????互斥量的工作流程：創(chuàng)建一個互斥量，把這個互斥量的加鎖調(diào)用放在臨界區(qū)的開始位置，解鎖調(diào)用放到臨界區(qū)的結(jié)束位置。當內(nèi)核優(yōu)先把某個線程調(diào)度到臨界區(qū)的開始位置時，線程執(zhí)行這個加鎖調(diào)用，并進入臨界區(qū)對資源進行操作。此時其他線程再被內(nèi)核調(diào)度到這里的時候，由于該互斥量已被加鎖狀態(tài)，得不到鎖會一直阻塞在這里，導致其他線程不能進入臨界區(qū)，直到剛剛那個進入臨界區(qū)的線程離開臨界區(qū)并執(zhí)行解鎖調(diào)用。

二.函數(shù)接口 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

1.初始化互斥量

互斥量是一個pthread_mutex_t類型的變量。

1.1：用宏常量初始化：

????pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

1.2：用函數(shù)初始化：

????int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex,constpthread_mutexattr_t *restrict attr);

????mutex：互斥量結(jié)構(gòu)指針????

????attr：互斥量的屬性結(jié)構(gòu)指針

2.設(shè)置互斥量屬性

????int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr,inttype);

????attr：互斥量的屬性結(jié)構(gòu)指針

????type：PTHREAD_MUTEX_NORMAL(默認屬性)，PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK(會進行錯誤檢查，速度比較慢)，PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE(遞歸鎖)。對于遞歸鎖，同一個線程對一個遞歸鎖加鎖多次，會有一個鎖計數(shù)器，解鎖的時候也需要解鎖這個次數(shù)才能釋放該互斥量。

3.加鎖與解鎖

????int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

? ? int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

????int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

????參數(shù)都是互斥量指針。pthread_mutex_lock()得不到鎖會阻塞，int pthread_mutex_trylock()得不到鎖會立即返回，并返回EBUSY錯誤。

????還有一個pthread_mutex_timedlock()會根據(jù)時間來等待加鎖，如果這段時間得不到鎖會返回ETIMEDOUT錯誤！

????int pthread_mutex_timedlock(pthread_mutex_t *restrict mutex,conststructtimespec *restrict abs_timeout);

4.銷毀互斥量

????int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

????mutex：創(chuàng)建的互斥量指針

COND

一.概述 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

? ? 條件變量與互斥量不同，互斥量是防止多線程同時訪問共享的互斥變量來保護臨界區(qū)。條件變量是多線程間可以通過它來告知其他線程某個狀態(tài)發(fā)生了改變，讓等待在這個條件變量的線程繼續(xù)執(zhí)行。通俗一點來講：設(shè)置一個條件變量讓線程1等待在一個臨界區(qū)的前面，當其他線程給這個變量執(zhí)行通知操作時，線程1才會被喚醒，繼續(xù)向下執(zhí)行。

????條件變量總是和互斥量一起使用，互斥量保護著條件變量，防止多個線程對條件變量產(chǎn)生競爭。

二.函數(shù)接口 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

1.初始化條件變量

1.1：宏常量初始化

????pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

1.2：函數(shù)初始化

????int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,constpthread_condattr_t *restrict attr);

跟互斥量類似，cond是條件變量的結(jié)構(gòu)指針，attr是條件變量屬性的結(jié)構(gòu)指針。

2.等待和通知條件變量

????int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex,conststructtimespec *restrict abstime);

????int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);

????int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

????int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

????等待函數(shù)里面，要傳入一個互斥量。pthread_cond_timewait()可以指定一個時間來等待，如果規(guī)定的時間沒有獲得通知，就返回ETIMEDOUT錯誤。而pthread_cond_wait()會一直阻塞。

????通知函數(shù)，pthread_cond_signal()至少喚醒一個等待的線程，pthread_cond_broadcast()會喚醒在該條件變量上所有線程。

3.銷毀條件變量

????int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

RDLOCK

一.概述 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

????讀寫鎖與互斥量的功能類似，對臨界區(qū)的共享資源進行保護！互斥量一次只讓一個線程進入臨界區(qū)，讀寫鎖比它有更高的并行性。讀寫鎖有以下特點：

????1.如果一個線程用讀鎖鎖定了臨界區(qū)，那么其他線程也可以用讀鎖來進入臨界區(qū)，這樣就可以多個線程并行操作。但這個時候，如果再進行寫鎖加鎖就會發(fā)生阻塞，寫鎖請求阻塞后，后面如果繼續(xù)有讀鎖來請求，這些后來的讀鎖都會被阻塞！這樣避免了讀鎖長期占用資源，防止寫鎖饑餓！

????2.如果一個線程用寫鎖鎖住了臨界區(qū)，那么其他線程不管是讀鎖還是寫鎖都會發(fā)生阻塞！

二.函數(shù)接口 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

1.創(chuàng)建讀寫鎖

1.1：宏常量初始化

????pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

1.2：函數(shù)初始化

????int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,constpthread_rwlockattr_t *restrict attr);

????rwlock：讀寫鎖的pthread_rwlock_t結(jié)構(gòu)指針

????attr：讀寫鎖的屬性結(jié)構(gòu)指針。不需要別的屬性默認為NULL。

2.讀寫鎖加鎖與解鎖

????int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

????int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

????int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

????rwlock：創(chuàng)建的讀寫鎖指針

3.其他類型的加鎖

????int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

????int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

????int pthread_rwlock_timedrdlock(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,conststructtimespec *restrict abs_timeout);

????int pthread_rwlock_timedwrlock(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,conststructtimespec *restrict abs_timeout);

????try類函數(shù)加鎖：如果獲取不到鎖，會立即返回錯誤EBUSY！

????timed類函數(shù)加鎖：如果規(guī)定的時間內(nèi)獲取不到鎖，會返回ETIMEDOUT錯誤！

4.銷毀讀寫鎖

????int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

SPIN

????自旋鎖與互斥量功能一樣，唯一一點不同的就是互斥量阻塞后休眠讓出cpu，而自旋鎖阻塞后不會讓出cpu，會一直忙等待，直到得到鎖！！！

????自旋鎖在用戶態(tài)使用的比較少，在內(nèi)核使用的比較多！自旋鎖的使用場景：鎖的持有時間比較短，或者說小于2次上下文切換的時間。

????自旋鎖在用戶態(tài)的函數(shù)接口和互斥量一樣，把pthread_mutex_xxx()中mutex換成spin，如：pthread_spin_init()。

BARRIER

一.概述 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

????barrier(屏障)與互斥量，讀寫鎖，自旋鎖不同，它不是用來保護臨界區(qū)的。相反，它跟條件變量一樣，是用來協(xié)同多線程一起工作！！！

????條件變量是多線程間傳遞狀態(tài)的改變來達到協(xié)同工作的效果。屏障是多線程各自做自己的工作，如果某一線程完成了工作，就等待在屏障那里，直到其他線程的工作都完成了，再一起做別的事。舉個通俗的例子：

????1.對于條件變量。在接力賽跑里，1號隊員開始跑的時候，2，3，4號隊員都站著不動，直到1號隊員跑完一圈，把接力棒給2號隊員，2號隊員收到接力棒后就可以跑了，跑完再給3號隊員。這里這個接力棒就相當于條件變量，條件滿足后就可以由下一個隊員(線程)跑。

????2.對于屏障。在百米賽跑里，比賽沒開始之前，每個運動員都在賽場上自由活動，有的熱身，有的喝水，有的跟教練談?wù)摗１荣惪扉_始時，準備完畢的運動員就預備在起跑線上，如果有個運動員還沒準備完(除去特殊情況)，他們就一直等，直到運動員都在起跑線上，裁判喊口號后再開始跑。這里的起跑線就是屏障，做完準備工作的運動員都等在起跑線，直到其他運動員也把準備工作做完！

二.函數(shù)接口 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

1.創(chuàng)建屏障

????int pthread_barrier_init(pthread_barrier_t *restrict barrier,constpthread_barrierattr_t *restrict attr, unsigned count);

????barrier：pthread_barrier_t結(jié)構(gòu)體指針

????attr：屏障屬性結(jié)構(gòu)體指針

????count：屏障等待的線程數(shù)目，即要count個線程都到達屏障時，屏障才解除，線程就可以繼續(xù)執(zhí)行

2.等待

????int pthread_barrier_wait(pthread_barrier_t *barrier);

????函數(shù)的成功返回值有2個，第一個成功返回的線程會返回PTHREAD_BARRIER_SERIAL_THREAD，其他線程都返回0。可以用第一個成功返回的線程來做一些善后處理工作。

3.銷毀屏障

????int pthread_barrier_destroy(pthread_barrier_t *barrier);