linux 线程同步（二）

信号量

信号量是互斥锁的升级版把互斥锁中1变成了n，举个简单的例子：假设现在有10个人，有一部手机，这10个人都竞争来使用手机打电话这就是互斥锁。对于信号量，现在可能是有4部手机，这10个人都竞争来使用手机打电话。相比互斥锁信号量由1变成了4。信号量相也就是操作系统中pv操作，它广泛应用进程或者线程间的同步与互斥。

相关库函数介绍

#include <semaphore.h>//所需头文件
//初始化信号量sem初始化的时候可以指定信号量的初始值，以及是否可以在多进程间共享value表示要信号量初始值，pshared表示是否再多进程之前共享。0表示不在多进程间
共享，非0表示在多进程之间共享具体可以man sem_init
//成功返回0，出错返回-1
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
int sem_wait(sem_t *sem)//相当于p操作
int sem_try_wait(sem_t *sem)//相当于p操作，在信号量值大于0时都能将信号量的值减一，与上面sem_wait的区别是，在信号值小于0时
int sem_post(sem_t *sem)//相当于v操作
int sem_getvalue(sem_t *sem)//用于得到信号量的值
int sem_destory(sem_t *sem) //释放信号量
 

信号量实例：生产者消费值

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#define BUFSIZE  10
int buf[BUFSIZE];
sem_t consumer_sem,producer_sem;
void *consumer(void *arg)
{
int c=0;
while(1)
{
sem_wait(&consumer_sem);//开始消费consumer_sem值减一
printf("consumer %d: %d\n",c,buf[c]);//消费数据
c++;
c=c%BUFSIZE;
sleep(1);//睡眠1s
sem_post(&producer_sem);//producer_sem值加1
}
}
void *producer(void *arg)
{
int p=0;
while(1)
{
sem_wait(&producer_sem);//开始生产producer_sem值减一
buf[p]=rand() % 1000 + 1;//生产数据
printf("producer %d: %d\n",p,buf[p]);
p++;
p=p%BUFSIZE;
sem_post(&consumer_sem);//consumer_sem值加1

}
}

int main()
{

sem_init(&consumer_sem,0,0);
sem_init(&producer_sem,0,BUFSIZE);

pthread_t pid,cid;
pthread_create(&pid,NULL,producer,NULL);
pthread_create(&cid,NULL,consumer,NULL);

pthread_join(pid, NULL);
pthread_join(cid, NULL);
sem_destroy(&consumer_sem);
sem_destroy(&producer_sem);
return 0;

}

条件变量

条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：一个线程等待"条件变量的条件成立"而挂起；另一个线程使"条件成立"（给出条件成立信号）。为了防止竞争，条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。

条件变量类型为 pthread_cond_t。

相关库函数简介

#include<pthread.h>
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);//条件变量的资源释放
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond,const pthread_condattr_t *attr);//条件变量的初始化
 

#include<pthread.h>
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond,pthread_mutex_t *mutex,
const struct timespec *abstime);
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex_t *mutex);
//等待某个条件是否成立。对于timewait()函数除了等待以外，可以设置一个时长。
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);//种情况是只有一个线程收到后执行动作。
//活动线程只需要唤醒第一个正在睡眠的线程。假设您只对队列添加了一个工作作业。那么只需要唤醒一个工作程序线程（再唤醒其它线程是不礼貌的！）
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);//通过广播的形式发给子线程消息，子线程竞争执行。

无论哪种等待方式，都必须和互斥锁结合，以防止多个线程同时请求pthread_cond_wait()（或pthread_cond_timedwait()）的竞争条件，且在调用pthread_cond_wait()前必须由本线程加锁（pthread_mutex_lock()），而在更新条件等待队列以前，mutex保持锁定状态，并在线程挂起进入等待前解锁。在条件满足从而离开pthread_cond_wait()之前，mutex将被重新加锁，以与进入pthread_cond_wait()前的加锁动作对应。

#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

struct msg {
struct msg *next;
int num;
};

struct msg *head;
/* 条件变量 */
pthread_cond_t has_product = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void *consumer(void *p)
{
struct msg *mp;
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&lock);
/* pthread_cond_wait(&has_product, &lock);
* 1.阻塞等待has_product被唤醒，
* 2.释放互斥锁， pthread_mutex_unlock(&lock)
* 3.当被唤醒时，解除阻塞，并且重新去申请获得互斥锁 pthread_mutex_lock(&lock)
*/
while (head == NULL)
pthread_cond_wait(&has_product, &lock);//等待

mp = head;
head = mp->next;
pthread_mutex_unlock(&lock);
printf("Consume %d\n", mp->num);
free(mp);
sleep(rand() % 5);
}
}

void *producer(void *p)
{
struct msg *mp;
while(1)
{
mp =(struct msg *)malloc(sizeof(struct msg));
mp->num = rand() % 1000 + 1;
printf("Produce %d\n", mp->num);
pthread_mutex_lock(&lock);
mp->next = head;
head = mp;
pthread_mutex_unlock(&lock);
/* pthread_cond_broadcast(&has_product) 唤醒等待队列上的所有线程*/
//发送信号，告诉消费者有产品了
pthread_cond_signal(&has_product);
sleep(rand() % 5);
}
}

int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t pid, cid;
srand(time(NULL));
pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL);
pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);
pthread_join(pid, NULL);
pthread_join(cid, NULL);
return 0;
}