一.概述

1.POXIS介紹

??POXIS是一種操作系統接口標準，全稱為“可移植操作系統接口”。

它最初由IEEE組織制定，目的是為了使不同的操作系統之間可以互相兼容。POSIX標準定義了一系列API（應用程序接口）和命令行工具，這些API和工具規定了操作系統應該提供哪些功能，并規定了這些功能的調用方式和行為。

POSIX標準包含多個部分，主要涵蓋了文件管理、進程控制、用戶權限、系統調用等方面。

跨平臺特性：為了保證操作系統 API 的相互兼容性制定了 POSIX 標準。目前符合 POSIX 標準協議的操作系統有：UNIX、BSD、Linux、iOS、Android、SylixOS、VxWorks、RTEMS 等。

Windows操作系統支持POSIX。雖然Windows操作系統并不完全符合POSIX標準，但可以通過一些工具和庫來實現POSIX兼容性。這些工具包括Cygwin、MinGW或MSYS等，它們提供了一些POSIX函數和命令，

使得在Windows上開發和運行POSIX兼容的應用程序成為可能。

2.互斥鎖和條件變量都是進程同步機制，通常，互斥鎖是用來對資源加鎖，條件變量用來等待資源，主要包括兩個動作：

??一個線程等待"條件變量的條件成立"而掛起；

另一個線程使"條件成立"（給出條件成立信號）；

由于是多線程，為了防止競爭，所以條件量一般和鎖一起使用。

二.POSIX互斥鎖和條件變量

下面均以linux系統下的使用進行舉例；

1.互斥鎖

互斥鎖是一種同步機制，用于確保同一時間只有一個線程可以訪問共享資源。在 C 語言中，互斥鎖可以通過 pthread_mutex_t 類型來表示，并可以通過 pthread_mutex_init() 函數來初始化。

1.1初始化pthread_mutex_init()

pthread_mutex_init() 函數的原型如下：

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr);

其中，mutex 是要初始化的互斥鎖，attr 是互斥鎖屬性。pthread_mutex_init() 函數的返回值如下：

0：成功

EAGAIN：系統資源不足

EINVAL：mutex 或 attr 為 NULL

EBUSY：mutex 已被初始化

pthread_mutex_init() 函數的用法如下：

pthread_mutex_t mutex;

pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

在上面的代碼中，首先定義了一個互斥鎖 mutex。然后，使用 pthread_mutex_init() 函數初始化互斥鎖。

1.2加鎖pthread_mutex_lock()

pthread_mutex_lock() 函數用于鎖定互斥鎖。當一個線程試圖鎖定一個已經被鎖定的互斥鎖時，該線程將被阻塞，直到互斥鎖被解鎖。 pthread_mutex_lock() 函數的原型如下：

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

其中，mutex 是要鎖定的互斥鎖。pthread_mutex_lock() 函數的返回值如下：

0：成功

EDEADLK：線程試圖鎖定自己已經持有的互斥鎖

EINVAL：mutex 為 NULL

pthread_mutex_lock() 函數的用法如下：

pthread_mutex_lock(&mutex);

在上面的代碼中，使用 pthread_mutex_lock() 函數鎖定互斥鎖 mutex。

1.3解鎖pthread_mutex_unlock()

pthread_mutex_unlock() 函數用于解鎖互斥鎖。當一個線程解鎖一個互斥鎖時，該互斥鎖將被釋放，并且任何被阻塞的線程都可以繼續執行。 pthread_mutex_unlock() 函數的原型如下：

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

其中，mutex 是要解鎖的互斥鎖。 pthread_mutex_unlock() 函數的返回值如下：

0：成功

EINVAL：mutex 為 NULL

pthread_mutex_unlock() 函數的用法如下：

pthread_mutex_unlock(&mutex);

在上面的代碼中，使用 pthread_mutex_unlock() 函數解鎖互斥鎖 mutex。

1.4銷毀pthread_mutex_destroy()

pthread_mutex_destroy() 函數用于銷毀互斥鎖。當一個互斥鎖不再需要時，應該使用 pthread_mutex_destroy() 函數來銷毀它。 pthread_mutex_destroy() 函數的原型如下：

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

其中，mutex 是要銷毀的互斥鎖。 pthread_mutex_destroy() 函數的返回值如下：

0：成功

EINVAL：mutex 為 NULL

pthread_mutex_destroy() 函數的用法如下：

pthread_mutex_destroy(&mutex);

在上面的代碼中，使用 pthread_mutex_destroy() 函數銷毀互斥鎖 mutex。

1.5互斥鎖完整實例

#include <pthread.h>

#include <stdio.h>

pthread_mutex_t mutex;

void *thread_function(void *arg) {

??pthread_mutex_lock(&mutex);

??printf("Thread %ld has locked the mutex\n", pthread_self());

??// 訪問共享資源

??printf("Thread %ld has unlocked the mutex\n", pthread_self());

??pthread_mutex_unlock(&mutex);

??return NULL;

}

int main() {

??pthread_t thread1, thread2;

??pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

??pthread_create(&thread1, NULL, thread_function, NULL);

??pthread_create(&thread2, NULL, thread_function, NULL);

??pthread_join(thread1, NULL);

??pthread_join(thread2, NULL);

??pthread_mutex_destroy(&mutex);

??return 0;

}

在這個例子中，創建了一個互斥鎖 mutex，并使用 pthread_mutex_init() 函數初始化它。然后，創建了兩個線程，并使用 pthread_mutex_lock() 函數鎖定互斥鎖，然后訪問共享資源。在訪問共享資源之前，打印一條消息，表明線程已經鎖定了互斥鎖。在訪問共享資源之后，打印一條消息，表明線程已經解鎖了互斥鎖。最后，使用 pthread_mutex_unlock() 函數解鎖互斥鎖，并使用 pthread_mutex_destroy() 函數銷毀互斥鎖。

2.條件變量

條件變量是一種同步機制，用于等待某個條件的發生。在 C 語言中，條件變量可以通過 pthread_cond_t 類型來表示，并可以通過 pthread_cond_init() 函數來初始化。

2.1初始化pthread_cond_init()

pthread_cond_init() 函數的原型如下：

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, const pthread_condattr_t *attr);

其中，cond 是要初始化的條件變量，attr 是條件變量屬性。 pthread_cond_init() 函數的返回值如下：

0：成功

EAGAIN：系統資源不足

EINVAL：cond 或 attr 為 NULL

EBUSY：cond 已被初始化

pthread_cond_init() 函數的用法如下：

pthread_cond_t cond;

pthread_cond_init(&cond, NULL);

在上面的代碼中，首先定義了一個條件變量 cond。然后，我們使用 pthread_cond_init() 函數初始化條件變量。

2.2銷毀pthread_cond_destroy()

pthread_cond_destroy() 函數用于銷毀條件變量。當一個條件變量不再需要時，應該使用 pthread_cond_destroy() 函數來銷毀它。 pthread_cond_destroy() 函數的原型如下：

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

其中，cond 是要銷毀的條件變量。 pthread_cond_destroy() 函數的返回值如下：

0：成功

EINVAL：cond 為 NULL

pthread_cond_destroy() 函數的用法如下：

pthread_cond_destroy(&cond);

在上面的代碼中，使用 pthread_cond_destroy() 函數銷毀條件變量 cond。

2.3喚醒pthread_cond_signal()

pthread_cond_signal() 函數用于喚醒一個正在等待條件變量的線程。當一個線程調用 pthread_cond_signal() 函數時，該線程將被喚醒，并且可以繼續執行。 pthread_cond_signal() 函數的原型如下：

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

其中，cond 是要喚醒的條件變量。 pthread_cond_signal() 函數的返回值如下：

0：成功

EINVAL：cond 為 NULL

pthread_cond_signal() 函數的用法如下：

pthread_cond_signal(&cond);

在上面的代碼中，我們使用 pthread_cond_signal() 函數喚醒條件變量 cond。

2.4喚醒所有pthread_cond_broadcast()

pthread_cond_broadcast() 函數用于喚醒所有正在等待條件變量的線程。當一個線程調用 pthread_cond_broadcast() 函數時，所有正在等待該條件變量的線程將被喚醒，并且可以繼續執行。 pthread_cond_broadcast() 函數的原型如下：

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

其中，cond 是要喚醒的條件變量。 pthread_cond_broadcast() 函數的返回值如下：

0：成功

EINVAL：cond 為 NULL

pthread_cond_broadcast() 函數的用法如下：

pthread_cond_broadcast(&cond);

在上面的代碼中，我們使用 pthread_cond_broadcast() 函數喚醒條件變量 cond。

2.5等待pthread_cond_timedwait()

pthread_cond_timedwait() 函數用于等待條件變量的發生。當一個線程調用 pthread_cond_timedwait() 函數時，該線程將被阻塞，直到條件變量發生或超時。

pthread_cond_timedwait() 函數的原型如下：

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);

其中，cond 是要等待的條件變量，mutex 是要鎖定的互斥鎖，abstime 是超時時間。 pthread_cond_timedwait() 函數的返回值如下：

0：成功

ETIMEDOUT：超時

EINVAL：cond 或 mutex 為 NULL

EDEADLK：線程試圖鎖定自己已經持有的互斥鎖

pthread_cond_timedwait() 函數的用法如下：

pthread_cond_timedwait(&cond, &mutex, &abstime);

在上面的代碼中，我們使用 pthread_cond_timedwait() 函數等待條件變量 cond 的發生。

2.6條件變量完整實例

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <pthread.h>

#define NUM_THREADS 2

int count = 0;

pthread_mutex_t mutex;

pthread_cond_t cond;

void* thread_func(void* thread_id) {

????int tid = *((int*)thread_id);

????

????pthread_mutex_lock(&mutex);

????

????while (count < tid) {

????????pthread_cond_wait(&cond, &mutex);

????}

????

????printf("Thread %d: Hello, World!\n", tid);

????

????count++;

????

????pthread_cond_broadcast(&cond);

????pthread_mutex_unlock(&mutex);

????

????pthread_exit(NULL);

}

int main() {

????pthread_t threads[NUM_THREADS];

????int thread_ids[NUM_THREADS];

????

????pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

????pthread_cond_init(&cond, NULL);

????

????for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {

????????thread_ids[i] = i;

????????pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, (void*)&thread_ids[i]);

????}

????

????for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {

????????pthread_join(threads[i], NULL);

????}

????

????pthread_mutex_destroy(&mutex);

????pthread_cond_destroy(&cond);

????

????return 0;

}