一、進程和線程的對比

二、解決線程資源競爭問題 --- 線程互斥

1.名詞解釋

• 臨界資源----共享資源
• 臨界區----：一段代碼區域（訪問臨界資源的那段代碼）
• 原子操作----要么不操作，如果要操作，一定是一次性完成的操作，不可被打斷；
• 互斥----在多線程中對臨界資源的排他性訪問
• 互斥機制===》互斥鎖===》保證臨界資源團的訪問控制；

????????為了保證臨界資源（共享資源）的完整操作，增加了鎖的機制，即同時滿足互斥訪問（線程1訪問，線程2不可被訪問），+原子性操作（訪問的整個過程必須完整，不可被打斷）。

2.框架：

定義互斥鎖 ===》 齒梳化鎖 ===》 加鎖 ===》 解鎖 ===》 銷毀

????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? ?????

3.函數

pthread_mutex_t? ?+鎖命名? ? ? ? ? ? ? 【在全局變量中定義】

pthread_mutex_t? ?+鎖命名 +PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER? ? ? ? ? ? ? ? 【靜態初始化】

pthread_mutex_init();? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【在mian函數定義】【動態初始化】

（1）功能：將已經定義好的互斥鎖初始化

（2）參數：

? ? ? ? mutex：要初始化的互斥鎖

? ? ? ? atrr：初始化的值，一般默認 NULL;

(3)返回值：

? ? ? ? ? ? ? ? 成功返回0；

? ? ? ? ? ? ? ? 失敗返回非0；

pthread_mutex_lock();? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【加鎖】

（1）用指定的互斥鎖開始加鎖代碼，加鎖后的代碼到解鎖部分代碼屬于原子操作；在加鎖期間其他進程/線程都不可以操作該部分代碼；如果函數在執行的時候，metex以及被其他部分，使用則代碼阻塞；

（2）參數：mutex 用來給代碼枷鎖的互斥鎖

（3）返回值

? ? ? ? ? ? ? ? 成功返回0；

? ? ? ? ? ? ? ? 失敗返回非零；

pthread_mutex_uhlock();? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【解鎖】

（1）功能：將指定的互斥鎖解鎖，解鎖之后代碼不在排他訪問，一般枷鎖解鎖成對出現。

（2）參數：用來解鎖的互斥鎖；

（3）返回值：

? ? ? ? ? ? ? ? 成功返回0；

????????????????失敗返回非零

pthread_mutex_d();? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【銷毀鎖】

（1）功能：銷毀互斥鎖；

（2）參數：用來銷毀的互斥鎖；

（3）返回值：

? ? ? ? ? ? ? ? 成功返回0；

? ? ? ? ? ? ? ? 失敗返回非零；

代碼示例

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
int cnt =0;
pthread_mutex_t mutex;void *cn1(void *arg)
{ for(int i =0;i<500000;++i){pthread_mutex_lock(&mutex);int tmp = cnt;tmp = tmp+1;cnt = tmp;pthread_mutex_unlock(&mutex);printf("%d\n",cnt);}pthread_exit(NULL);return NULL;
}
void *cn2(void *arg)
{for(int i =0;i<500000;++i){pthread_mutex_lock(&mutex);int tmp = cnt;tmp = tmp+1;cnt = tmp;pthread_mutex_unlock(&mutex);printf("%d\n",cnt);} pthread_exit(NULL);return NULL;
}
int	main(int argc, char **argv)
{pthread_t tid1,tid2;pthread_mutex_init(&mutex, NULL);pthread_create(&tid1, NULL, cn1, NULL);pthread_create(&tid2, NULL, cn2,NULL);pthread_join(tid1, NULL);printf("-------------%d\n",cnt);pthread_mutex_destroy(&mutex);pthread_join(tid2, NULL);return 0;
}

總結：

• 鎖的目的，保證臨界資源的互斥以及原子性訪問

三、線程間協作-----線程同步

• 互斥 ===》 在多線程中臨界資源的排他性訪問
• 同步 ===》 有一定先后順序的，對資源的排他性訪問。-------有順序的訪問

1.信號量背景：交通信號燈

（1）信號量的機制：

• ????????站在a的角度考慮：這塊資源什么時候能用
• ????????站在b的角度考慮：這塊資源什么時候能用

2.信號量分類

• 信號無名量 ===》 線程間通信
• 有名信號量 ===》 進程間通信

3.框架

四、線程同步函數

1、semapthore? ?信號量的定義? ?

? ? ?sem_t? ? ? ? ? ? ? ?sem

? 信號量類型? ? 信號量的變量

2、信號量的初始化

? ? ? ?int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

（1）功能：將已經定義好的信號量賦值。

（2）參數：

• sem：要初始化的信號量
• pthread? ?=0? ：表示線程間使用信號量；

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ！=0：表示進程間使用的信號量

• value：信號量的初始值，一般無名信號量-------代表一類資源的個數；

（3）返回值：

????????????????成功返回0；

? ? ? ? ? ? ? ? 失敗返回-1；

3.P操作、V操作?

P操作------申請資源

（if（是否有資源可用）

???????????????? ? 有；則程序往下使用資源

? ? ? ? ? ? ? ? ? 無；程序阻塞，等待資源可用

V操作 ------ 釋放資源

????????????????if（是否有仍無需要資源）

? ? ? ? ? ? ? ? ? 有：釋放資源給對應的任務用；

? ? ? ? ? ? ? ? ? 無：讓資源個數加一，表示可用的資源數量多了一個，即新產生了一個資源；

int sem_wait(sem_t *sem); 【 P操作】

（1）功能：判斷當前sem信號量是否有資源可用；如果sem有資源（==1），則申請資源。程序繼續云頂；如果sem沒有資源（==0），則線程阻塞等待，一旦有資源，組自動盛情資源并繼續運行；

注意：sem申請資源后回自動執行，sem = sem -1；

（2）參數：sem要判斷信號量的資源

（3）返回值：

? ? ? ? ? ? ? ? ?成功返回0；

? ? ? ? ? ? ? ? 失敗返回-1；

int sem_post(sem_t *sem); 【V操作】

（1）功能 ：?函數可以將指定的sem信號量資源釋放，并默認執行，sem = sem+1;?線程在該函數上不會阻塞。

（2）參數：sem要釋放資源的信號量；

（3）返回值

? ? ? ? ? ? ? ? ?成功返回0；

? ? ? ? ? ? ? ? 失敗返回-1；

4.信號量的銷毀

?int sem_destroy(sem_t *sem);

?（1）功能：使用完畢將指定的信號量銷毀
（2）參數：sem要銷毀的信號量
（3）返回值：

? ? ? ? ? ? ? ? ?成功返回0；

? ? ? ? ? ? ? ? ?失敗返回-1；

信號的操作：-----主要用來實現線程間的順序? ? ? ?

示例代碼

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>#include <semaphore.h>
sem_t sem_r;
sem_t sem_w;
char buf[1024] = {0};
void *sh1(void *arg)
{while(1){sem_wait(&sem_w);fgets(buf, sizeof(buf),stdin);sem_post(&sem_r);}
}
void *sh2(void *arg)
{while(1){sem_wait(&sem_r);printf("buf = %s",buf);sem_post(&sem_w);}
}
int	main(int argc, char **argv)
{pthread_t tid1,tid2;sem_init(&sem_w, 0, 1);sem_init(&sem_r, 0, 0);pthread_create(&tid1, NULL, sh1, NULL);pthread_create(&tid2, NULL, sh2, NULL);pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid1, NULL);return 0;
}

五.應用

1.什么時候用

• 鎖 ----有多線程，公共資源，互斥訪問
• 信號量-----多線程，公共資源，順序訪問