线程的同步、互斥机制

整理线程同步的API函数及其作用
线程同步的方式和机制
临界区、互斥量、事件、信号量四种方式
临界区（Critical Section）、互斥量（Mutex）、信号量（Semaphore）、事件（Event）的区别
1、临界区：通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问，如果有多个线程试图访问公共资源，那么在有一个线程进入后，其他试图访问公共资源的线程将被挂起，并一直等到进入临界区的线程离开，临界区在被释放后，其他线程才可以抢占。
2、互斥量：采用互斥对象机制。 只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限，因为互斥对象只有一个，所以能保证公共资源不会同时被多个线程访问。互斥不仅能实现同一应用程序的公共资源安全共享，还能实现不同应用程序的公共资源安全共享
3、信号量：它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目
4、事 件： 通过通知操作的方式来保持线程的同步，还可以方便实现对多个线程的优先级比较的操作。
API函数见上一节。
 注意点：能够运用同步机制实现生产者和消费者例程
producer.c
/*producer.c*/
#include"shm_com.h"
#include"sem_com.h"
#include<signal.h>
int ignore_signal(void)
{ /*忽略一些信号，以免非法突出程序*/
signal(SIGINT,SIG_IGN);
signal(SIGSTOP,SIG_IGN);
signal(SIGQUIT,SIG_IGN);
return 0;
}

int main()
{
char *shared_memory;
struct shm_buff *shm_buff_inst;
char buffer[BUFSIZ];
int shmid,semid;
/*定义信号量,用于实现访问共享内存的进程间的互斥*/
ignore_signal(); /*用于防止程序非正常退出*/
semid=semget(ftok(".",'a'),1,0666|IPC_CREAT);/*创建一个信号量*/
init_sem(semid,1); /*初始值为1*/

/*创建共享内存*/
shmid=shmget(ftok(".",'c'),sizeof(struct shm_buff),0666|IPC_CREAT);
if(shmid==-1)
{
perror("shmget failed");
del_sem(semid);
exit(1);
}

/*将共享内存地址映射到当前进程地址空间*/
shared_memory=shmat(shmid,0,0);
if(shared_memory==(void*)-1)
{
perror("shmat");
del_sem(semid);
exit(1);
}

printf("Memory attached at %p\n",shared_memory);
/*获取共享内存的映射地址*/
shm_buff_inst=(struct shm_buff *)shared_memory;
do
{
sem_p(semid);
printf("Emter some text to the shared memory(enter 'quit' to exit):");
/*向共享内存写入数据*/
if(fgets(shm_buff_inst->buffer,SHM_BUFF_SZ,stdin)==NULL)
{
perror("fgets");
sem_v(semid);
break;
}
shm_buff_inst->pid=getpid();
sem_v(semid);
}while(strncmp(shm_buff_inst->buffer,"quit",4)!=0);

/*删除信号量*/
del_sem(semid);

/*删除共享内存到当前进程地址空间中的映射*/
if(shmdt(shared_memory)==-1)
{
perror("shmdt");
exit(1);
}

exit(0);
}
customer.c
/* customer.c */

#include"shm_com.h"
#include"sem_com.h"

int main()
{
char *shared_memory=NULL;
struct shm_buff *shm_buff_inst;
int shmid,semid;

/*获得信号量*/
semid=semget(ftok(".",'a'),1,0666);
if(semid==-1)
{
perror("Producer isn't exist");
exit(1);
}
/*获得共享内存*/
shmid=shmget(ftok(".",'c'),sizeof(struct shm_buff),0666|IPC_CREAT);
if(shmid==-1)
{
perror("shmget");
exit(1);
}

/*将共享内存地址映射到当前进程地址空间*/
shared_memory=shmat(shmid,0,0);
if(shared_memory==(void *)-1)
{
perror("shmat");
exit(1);
}
printf("Memory attached at %p\n",shared_memory);

/*获得共享内存的映射地址*/

shm_buff_inst=(struct shm_buff *)shared_memory;
do
{
sem_p(semid);
printf("Shared memory was written by process %d : %s",shm_buff_inst->pid,shm_buff_inst->buffer);
if(strncmp(shm_buff_inst->buffer,"quit",4)==0)
{
perror("strncmp");
exit(1);
}
shm_buff_inst->pid=0;
memset(shm_buff_inst->buffer,0,SHM_BUFF_SZ);
sem_v(semid);
}while(1);

/*删除共享内存到当前进程地址空间中的映射*/
if(shmdt(shared_memory)==-1)
{
perror("shmdt");
exit(1);
}

/*删除共享内存*/
if(shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL)==-1)
{
perror("shmctl");
exit(1);
}
exit(0);
}

sem_com.c

/*sem_com.c*/
#include"sem_com.h"

/*信号量初始化(赋值)函数*/
int init_sem(int sem_id,int init_value)
{
union semun sem_union;
sem_union.val=init_value;  /*init_value为初始值*/
if(semctl(sem_id,0,SETVAL,sem_union)==-1)
{
perror("Initialize semaphore");
return -1;
}
return 0;
}

/*从系统中删除信号量的函数*/
int del_sem(int sem_id)
{
union semun sem_union;
if(semctl(sem_id,0,IPC_RMID,sem_union)==-1)
{
perror("Delete semaphore");
return -1;
}
}

/*p操作函数*/
int sem_p(int sem_id)
{
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num=0;  /*单个信号量的编号应该为0*/
sem_b.sem_op=-1;  /*取值为-1,表示p操作*/
sem_b.sem_flg=SEM_UNDO; /*系统自动释放将会在系统中残留的信号量*/
if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1)
{
perror("P operationn");
return -1;
}
return 0;
}

/*V操作函数*/
int sem_v(int sem_id)
{
struct sembuf sem_b;
sem_b.sem_num=0;  /*单个信号量的编号应该为0*/
sem_b.sem_op=1;  /*取值为+1,表示v操作*/
sem_b.sem_flg=SEM_UNDO; /*系统自动释放将会在系统中残留的信号量*/
if(semop(sem_id,&sem_b,1)==-1)
{
perror("V operationn");
return -1;
}
return 0;
}

sem_com.h
/*sem_com.h*/
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/sem.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
union semun
{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
};
/*信号量初始化(赋值)函数*/
int init_sem(int sem_id,int init_value);
/*从系统中删除信号量的函数*/
int del_sem(int sem_id);
/*p操作函数*/
int sem_p(int sem_id);
/*V操作函数*/
int sem_v(int sem_id);

shm_com.h
/*shm_com.h*/
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/shm.h>

#define SHM_BUFF_SZ 2048
struct shm_buff
{
int pid;
char buffer[SHM_BUFF_SZ];
};


运行结果：