目录
线程同步
同步概念
信号量
信号量的特性
信号量的分类
1.posix信号量
2.System V信号量
函数接口
1.初始化信号量
2.申请资源(p操作)
3.释放资源(V操作)
线程互斥
互斥概念
互斥锁
函数接口
死锁
条件变量
进程间通信
进程间通信方式
无名管道
1.特点
2.函数接口
线程同步
同步概念
多个线程按照约定的顺序相互配合完成一件事
信号量
通过信号量实现线程间同步。
信号量：由信号量来决定线程是继续运行还是阻塞等待，信号量代表某一类资源，其值表示系统中该资源的数量
信号量是一个受保护的变量，只能通过三种操作来访问：初始化、Ｐ操作、Ｖ操作
信号量的值为非负整数
信号量的特性
P操作(申请资源)：
当信号量的值大于0时，可以申请到资源，申请资源后信号量的值减1
当信号量的值等于0时，申请不到资源，函数阻塞
V操作(释放资源)：
不阻塞，执行到释放操作，信号量的值加1
信号量的分类
1.posix信号量
(1)无名信号量：数据存储在内存中，通常在线程间使用或父子进程间
函数接口：sem_init\sem_wait\sem_post(2)有名信号量：数据存储在文件中，在进程间线程间都可以使用
函数接口：sem_open\sem_wait\sem_post\sem_close2.System V信号量
System V是信号量的集合，叫信号灯集，属于IPC对象
函数接口：semget\semctl\semop
函数接口
1.初始化信号量
#include <semaphore.h>
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value)
功能：初始化信号量(在代码中可以定义多个信号量，通过它可以区分不同的信号量)
参数：sem：初始化的信号量对象pshared：信号量共享的范围(0: 线程间使用 1:进程间使用)
value：信号量初值
返回值：成功 0
失败 -1
#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>int main(int argc, char const *argv[])
{sem_t sem;if (sem_init(&sem, 0, 1) < 0){perror("sem_init函数创建失败");return -1;}return 0;
}
2.申请资源(p操作)
int sem_wait(sem_t *sem)
功能：申请资源 P操作
参数：sem：信号量对象
返回值：成功 0
失败 -1
注：此函数执行过程，当信号量的值大于0时，表示有资源可以用，则继续执行，同时对信号量减1；当信号量的值等于0时，表示没有资源可以使用，函数阻塞
#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>int main(int argc, char const *argv[])
{sem_t sem;if (sem_init(&sem, 0, 1) < 0){perror("sem_init函数创建失败");return -1;}// 申请资源 P操作sem_wait(&sem); // 0printf("hello\n");sem_wait(&sem); // 进入阻塞状态，只打印helloprintf("world\n");return 0;
}
3.释放资源(V操作)
int sem_post(sem_t *sem)
功能：释放资源 V操作
参数：sem：信号量对象
返回值：成功 0
失败 -1
注：释放一次信号量的值加1，函数不阻塞
#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>int main(int argc, char const *argv[])
{sem_t sem;if (sem_init(&sem, 0, 1) < 0) // sem=1{perror("sem_init函数创建失败");return -1;}// 申请资源 P操作sem_wait(&sem); // sem=0printf("hello ");// 释放资源 V操作sem_post(&sem); // sem=1sem_wait(&sem); // 不进入阻塞状态，打印hello worldprintf("world\n");return 0;
}
线程互斥
互斥概念
多个线程访问临界资源时，同一时间只能一个线程访问
临界资源：多个线程共同访问的数据，且一次仅允许一个进程所使用的资源
互斥锁
通过互斥锁可以实现互斥机制，主要用来保护临界资源，每个临界资源都由一个互斥锁来保护，线程必须先获得互斥锁才能访问临界资源，访问完资源后释放该锁。如果无法获得锁，线程会阻塞直到获得锁为止。
互斥锁的操作方式：1.初始化
2.申请锁(上锁)：阻塞当申请不到锁时(表示锁被其他线程占用)，线程是阻塞的
3.释放锁(解锁)：非阻塞
注意：上锁和解锁需要成对出现
函数接口
#include <pthread.h>
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t * mutex, pthread_mutexattr_t *attr)
功能：初始化互斥锁
参数：mutex：互斥锁
attr: 互斥锁属性 // 一般设置为NULL
返回值：成功 0
失败 -1
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)
功能：申请互斥锁
参数：mutex：互斥锁
返回值：成功 0
失败 -1int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)
功能：释放互斥锁
参数：mutex：互斥锁
返回值：成功 0
失败 -1int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)
功能：销毁互斥锁
参数：mutex：互斥锁
pthread_mutex_lock和pthread_mutex_trylock区别
pthread_mutex_lock是阻塞的；
pthread_mutex_trylock不阻塞，如果申请不到锁会立刻返回
案例：两个线程，一个线程倒置全局数组中的数，另一个线程遍历数组中数据,每隔1s打印一次
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>int a[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
pthread_mutex_t lock;void *daozhi(void *arg)
{while (1){pthread_mutex_lock(&lock);for (int i = 0; i < 5; i++){int t = a[i];a[i] = a[9 - i];a[9 - i] = t;}pthread_mutex_unlock(&lock);}return NULL;
}void *bianli(void *arg)
{while (1){pthread_mutex_lock(&lock);for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", a[i]);}printf("\n");pthread_mutex_unlock(&lock);sleep(1);}return NULL;
}int main(int argc, char const *argv[])
{pthread_t t1, t2;if (pthread_create(&t1, NULL, daozhi, NULL) != 0){perror("pthread_create创建倒置线程失败");return -1;}if (pthread_create(&t2, NULL, bianli, NULL) != 0){perror("pthread_create创建遍历线程失败");return -1;}if (pthread_mutex_init(&lock, NULL) != 0){perror("创建互斥锁失败");return -1;}pthread_join(t1, NULL);pthread_join(t2, NULL);pthread_mutex_destroy(&lock);return 0;
}
死锁
死锁是指两个或两个以上的进程/线程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。
死锁产生的四个必要条件：
1.互斥使用，即当资源被一个线程使用(占有)时，别的线程不能使用
2.不可抢占，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放。
3.请求和保持，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。
4.循环等待，即存在一个等待队列：P1占有P2的资源，P2占有P3的资源，P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。
注意：当上述四个条件都成立的时候，便形成死锁。当然，死锁的情况下如果打破上述任何一个条件，便可让死锁消失。
条件变量
条件变量和互斥锁搭配使用，实现同步操作
初始化：pthread_cond_init
等待条件变量产生：pthread_cond_wait
产生条件变量：pthread_cond_signal
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t * attr);
功能：初始化条件变量
参数：cond：是一个指向结构pthread_cond_t的指针
restrict attr：是一个指向结构pthread_condattr_t的指针，一般设为NULL
返回值：成功：0失败：非0
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t * cond, pthread_mutex_t restrict *mutex);
功能：等待条件的产生
参数：restrict cond：要等待的条件
restrict mutex：对应的锁
返回值：成功：0失败：非0
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
功能：产生条件变量
参数：cond：条件变量值
返回值：成功：0失败：非0
1.当没有条件产生时pthread_cond_wait函数会阻塞，同时会将锁解开；如果等待到条件产生，函数会结束阻塞同时进行上锁.
2.pthread_cond_wait阻塞状态是等待pthread_cond_signal唤醒.
3.pthread_cond_signal只能唤醒单个cond_wait，相当于一对一；pthread_cond_broadcast可以唤醒多个cond_wait,相当于一对多
案例：两个线程，一个线程倒置全局数组中的数，另一个线程遍历数组中数据,每隔1s打印一次。要求：实现倒置一次，打印一次，顺序执行
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>int a[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
pthread_mutex_t lock;
pthread_cond_t cond, cond1;
int flag = 0;void *daozhi(void *arg)
{while (1){pthread_mutex_lock(&lock); // 上锁if (flag == 1){pthread_cond_wait(&cond1, &lock);}for (int i = 0; i < 5; i++){int t = a[i];a[i] = a[9 - i];a[9 - i] = t;}flag = 1;pthread_cond_signal(&cond);pthread_mutex_unlock(&lock); // 解锁}return NULL;
}void *bianli(void *arg)
{while (1){pthread_mutex_lock(&lock); // 上锁if (flag == 0){pthread_cond_wait(&cond, &lock);}for (int i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", a[i]);}printf("\n");flag = 0;pthread_cond_signal(&cond1);pthread_mutex_unlock(&lock); // 解锁sleep(1);}return NULL;
}int main(int argc, char const *argv[])
{pthread_t t1, t2;if (pthread_create(&t1, NULL, daozhi, NULL) != 0){perror("pthread_create创建倒置线程失败");return -1;}if (pthread_create(&t2, NULL, bianli, NULL) != 0){perror("pthread_create创建遍历线程失败");return -1;}if (pthread_mutex_init(&lock, NULL) != 0){perror("创建互斥锁失败");return -1;}if (pthread_cond_init(&cond, NULL) != 0){perror("初始化条件变量失败");return -1;}if (pthread_cond_init(&cond1, NULL) != 0){perror("初始化条件变量失败");return -1;}pthread_join(t1, NULL);pthread_join(t2, NULL);pthread_mutex_destroy(&lock);return 0;
}
进程间通信
进程间通信方式
1.早期的进程间通信方式
无名管道、有名管道、信号
2.system V IPC对象
共享内存、信号灯集、消息队列
3.BSD
socket套接字
无名管道
1.特点
1.只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信
2.半双工的通信模式，具有固定的读端和写端
3.管道可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写可以使用文件IO如read、write函数.
4.管道是基于文件描述符的通信方式。当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符
fd[0]和fd[1]。其中fd[0]固定用于读管道，而fd[1]固定用于写管道。
2.函数接口
#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2])
功能：创建无名管道
参数：文件描述符 fd[0]:读端 fd[1]:写端
返回值：成功 0
失败 -1
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{int fd[2] = {0};if (pipe(fd) < 0){perror("创建管道文件失败");return -1;}printf("%d %d\n", fd[0], fd[1]);return 0;
}
