Linux复习：pthread的cond和mutex

最新推荐文章于 2024-10-13 19:00:00 发布

木槿花better

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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_41143631/article/details/89303723

本文介绍了Linux中的pthread线程同步，重点讲解了互斥锁mutex和条件变量的使用，包括挂起、阻塞的概念，以及条件变量的激活方式。通过示例展示了如何使用条件变量实现生产者消费者模型，确保多线程间的数据一致性。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

进程和和线程

线程和进程部分操作对比

互斥锁mutex

这一篇文章描述pthread的创建和分离，等待

在操作系统中，有临界区的概念。临界区内放的一般是被1个以上的进程或线程（以下只说进程）共用的数据。
临界区内的数据一次只能同时被一个进程使用，当一个进程使用临界区内的数据时，其他需要使用临界区数据的进程进入等待状态。
操作系统需要合理的分配临界区以达到多进程的同步和互斥关系，如果协调不好，就容易使系统处于不安全状态，甚至出现死锁现象。
摘自百科

那么于是需要mutex来阻塞其他线程，于是

pthread_mutex_lock()
...
//临界区(将其转化为“原子操作”)
...
//解锁
pthread_mutex_unlock()

mutex有静态和动态2种

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER
//静态

//动态
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, \
const pthread_mutexattr _t *restrict attr);   
//mutex：要初始化的互斥量  ;  attr：属性，先设置为NULL


int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)//销毁动态初始化的mutex

下面举例说明

int some=0;

pthread_mutex_t lock;
void *route(void* arg){
	pthread_mutex_lock(&lock);
	some++;
	pthread_mutex_unlock(&lock);
}
int main(){
  pthread_t t1,t2,t3;

  pthread_mutex_init(&lock, NULL);//动态分配

  pthread_create(&t1, NULL, route, (void*)"thread 1 ");
  pthread_create(&t2, NULL, route, (void*)"thread 2 ");
  pthread_create(&t3, NULL, route, (void*)"thread 3 ");
  
  pthread_join(t1, NULL);
  pthread_join(t2, NULL);
  pthread_join(t3, NULL);
  
  pthread_mutex_destroy(&lock);
}

线程的条件变量

何为同步？
同步 概念主要当某个线程可以修改变量，而其他线程也可以读取或修改这个变量的时候，就需要对这些线程进行同步，以确保它们在访问变量的存储内容时不会访问到无效的数值。
在Linux中，可以理解为一个线程需要等待另外一个线程完成某个条件变量，才能继续
自己，否则挂起自己。

挂起和阻塞

顺便复习挂起和阻塞的区别
线程的阻塞与挂起
挂起：一般是主动的，由系统或程序发出
阻塞：一般是被动的，在抢占资源中得不到资源，被动的挂起在内存，等待某种资源或信号量（即有了资源）将他唤醒。（释放CPU，不释放内存）

同步意义

当多个控制线程共享相同的内存时，需要确保每个线程看到一致的数据视图。如果每个线程使用的变量都是其他线程不会读取或修改的，那么就不会存在一致性问题。同样地，如果变量是只读的，多个线程同时读取该变量也不会有一致性问题。但是，当某个线程可以修改变量，而其他线程也可以读取或修改这个变量的时候，就需要对这些线程进行同步，以确保它们在访问变量的存储内容时不会访问到无效的数值。

同步实现——条件变量

静态方式使用PTHREAD_COND_INITIALIZER

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

动态方法创建与销毁

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

条件触发，2个函数

//1条件等待
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t * cond, pthread_mutex_t * mutex);
 
//2时间等待
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);

//使用pthread_cond_wait方式如下：

    pthread _mutex_lock(&mutex)

    //while或if(线程执行的条件是否成立)，防止虚假唤醒，一般是while

          pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

    //线程执行

    pthread_mutex_unlock(&mutex);

条件变量激活

pthread_cond_signal()激活一个等待该条件的线程，存在多个等待线程时按入队顺序激活其中一个；
而pthread_cond_broadcast()则激活所有等待线程。
测试demo我重新写在这个链接里了使用条件变量来实现简单生产消费模型

核心是如下，然后另外一个线程完成“条件变量” ，使挂起的线程重新运行。

pthread_mutex_lock(&mutex);
    //当条件不满足时等待
    while(count <= 0) //防止虚假唤醒
    {
        cout << "begin wait" << endl;
        pthread_cond_wait(&cond,&mutex);
        cout << "end wait" << endl;
    }

    count --;

    cout << "in consumer count is " << count << endl;

    pthread_mutex_unlock(&mutex);

//下面是唤醒
pthread_mutex_lock(&mutex);

    count ++;

    cout << "in creator count is : " << count << endl;
    //条件满足时发送信号
    if(count > 0)
    {

        pthread_cond_signal(&cond);
    }

    
    cout << "creator release lock" << endl;
    
    pthread_mutex_unlock(&mutex);