Linux 第三十五章

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???🔥專欄系列：線性代數，C初學者入門訓練，題解C，C的使用文章，「初學」C++，linux

🔥座右銘：“不要等到什么都沒有了，才下定決心去做”

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互斥鎖

scp指令

線程加鎖的本質

可重入VS線程安全（多執行流并發執行同一段代碼時造成的數據不一致）

死鎖

線程同步

生產者消費者模型

條件變量

pthread_cond_wait

pthread_cond_signal

pthread_cond_broadcast

事例：火車票搶購

互斥鎖

創建全局的鎖
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//創建全局的鎖，用宏去初始化
創建局部的鎖
pthread_mutex_t mutex;//創建局部鎖的時候不用宏初始化
pthread_mutex_init(&mutex);//初始化
pthread_mutex_destroy(&mutex);//局部的鎖，不用時要銷毀
scp指令

scp指令是用于在Linux系統中進行文件傳輸的命令，

其語法如下：
scp [選項] [源文件] [目標文件]
常用選項包括：* -r：遞歸復制整個目錄
* -P：指定端口號
* -p：保持源文件的修改時間、訪問時間和權限信息
* -q：安靜模式，不顯示傳輸進度信息
示例用法：1. 從本地復制文件到遠程服務器：
scp /path/to/local/file username@remotehost:/path/to/remote/directory2. 從遠程服務器復制文件到本地：
scp username@remotehost:/path/to/remote/file /path/to/local/directory3. 從遠程服務器復制整個目錄到本地：
scp -r username@remotehost:/path/to/remote/directory /path/to/local/directory
線程加鎖的本質

關于加鎖的原則，一般原則：誰加鎖，誰解鎖

可重入VS線程安全（多執行流并發執行同一段代碼時造成的數據不一致）

可重入函數是線程安全函數的一種

線程安全不一定是可重入的，而可重入函數則一定是線程安全的。

如果將對臨界資源的訪問加上鎖，則這個函數是線程安全的，但如果這個重入函數若鎖還未釋放則會產生死鎖，因此是不可重入的。

死鎖

原因

1）當兩個線程需要都需要兩把鎖，而它們每一個線程只有一把鎖，此時就會導致死鎖

2）當一個線程在加鎖的時候，沒有解鎖，又去加鎖，這樣就會導致死鎖

…….

死鎖必要條件（產生死鎖的時候，這四個條件一定是滿足的）

互斥條件：一個資源每次只能被一個執行流使用

請求與保持條件：一個執行流因請求資源而阻塞時，對已獲得的資源保持不放

不剝奪條件:一個執行流已獲得的資源，在末使用完之前，不能強行剝奪

循環等待條件:若干執行流之間形成一種頭尾相接的循環等待資源的關系

避免死鎖

破壞死鎖的四個必要條件

加鎖順序一致

避免鎖未釋放的場景

資源一次性分配

線程同步

線程同步的概念：

在臨界資源使用安全的前提下，讓多線程執行具有一定的順序性——同步

互斥：能夠保證資源的安全性

同步：能夠較為充分使用我們的資源

生產者消費者模型

3種關系

生產者之間關系，互斥

消費者之間關系，互斥

生產者與消費者之間關系，互斥和同步

本質：就是用鎖和條件變量，維護

2種角色

生產者，消費者——線程或者進程

1個交易場所

內存空間

生產者消費者模型提高了數據處理的能力

條件變量

創建條件變量
pthread_cond_t cond;
全局的條件變量初始化
cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER
局部條件變量的初始化
Pthread_cond_init(&cond);
局部條件變量需要銷毀
pthread_cond_destory(&cond);
pthread_cond_wait

pthread_cond_wait() 是 POSIX 線程庫中的一個函數，用于線程間的條件變量同步。它需要與互斥鎖（mutex）和條件變量（condition variable）一起使用。
函數原型如下：
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t* cond, pthread_mutex_t* mutex);pthread_cond_wait() 的作用是讓調用線程等待條件變量的滿足。在調用該函數之前，
必須先使用 pthread_mutex_lock() 鎖住一個互斥鎖，以確保線程安全。
當條件變量滿足時，pthread_cond_wait() 函數會解鎖互斥鎖并使線程進入等待狀態，
直到被其他線程通過 pthread_cond_signal() 或 pthread_cond_broadcast() 喚醒。
使用示例：
#include <pthread.h>
// 全局互斥鎖和條件變量
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
void* thread_func(void* arg) {// 獲取互斥鎖pthread_mutex_lock(&mutex);// 等待條件變量滿足pthread_cond_wait(&cond, &mutex);// 條件變量滿足后的處理// 解鎖互斥鎖pthread_mutex_unlock(&mutex);return NULL;
}
int main() {pthread_t thread;// 創建線程pthread_create(&thread, NULL, thread_func, NULL);// 在某個時刻滿足條件，并通知等待的線程pthread_mutex_lock(&mutex);pthread_cond_signal(&cond);pthread_mutex_unlock(&mutex);// 等待線程結束pthread_join(thread, NULL);return 0;
}
在上面的示例中，主線程通過 pthread_cond_signal() 喚醒等待的線程。當滿足條件時，等待的線程會被喚醒并繼續執行。注意，在調用 pthread_cond_wait() 之前必須加鎖（pthread_mutex_lock()），并在條件滿足后解鎖（pthread_mutex_unlock()）。

pthread_cond_signal

pthread_cond_signal() 是 POSIX 線程庫中的一個函數，用于喚醒等待在條件變量上的一個線程。它會選擇一個等待的線程，并通知該線程條件已經滿足，使得該線程從等待狀態恢復到運行狀態。

函數原型如下：
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t* cond);
pthread_cond_signal() 的作用是發送一個信號給等待在條件變量上的某個線程，
使其從等待狀態返回。如果有多個線程等待在條件變量上，那么只有其中一個線程會被喚醒，
具體哪個線程被喚醒則不確定。
pthread_cond_broadcast

pthread_cond_broadcast() 是 POSIX 線程庫中的一個函數，用于廣播喚醒所有等待在條件變量上的線程。當條件滿足時，可以使用 pthread_cond_broadcast() 函數來喚醒所有等待在該條件變量上的線程，讓它們從等待狀態返回到運行狀態。
?

函數原型如下：
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t* cond);
pthread_cond_broadcast() 的作用是向所有等待在條件變量上的線程發送信號，
使它們全部被喚醒。所有被喚醒的線程都會嘗試重新獲取互斥鎖，并繼續執行。
1.讓線程在進行等待的時候，會自定釋放鎖

2.線程被喚醒的時候，是在臨界區內喚醒的，當線程被喚醒的時候，線pthread_cond_wait返回的時候要重新申請并持有鎖

3.當線程被喚醒的時候，重新申請并持有鎖的本質是也要參與鎖的競爭

單純的互斥，能保證數據的安全，不一定合理高效！

事例：火車票搶購

test_cond

#include<iostream>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
using namespace std;pthread_cond_t cond=PTHREAD_COND_INITIALIZER;//條件變量
pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//鎖int tickets=1000;void* threadroutine(void* args)
{string name=static_cast<const char*>(args);while(true){// sleep(1);pthread_mutex_lock(&mutex);//加鎖if(tickets>0){cout<<name<<", get a ticket: "<<tickets--<<endl;usleep(100);}else{cout<<"沒票了"<<name<<endl;pthread_cond_wait(&cond,&mutex);//讓線程滿足條件變量，才被喚醒//1.讓線程在進行等待的時候，會自動釋放鎖//2.線程被喚醒的時候，是在臨界區內喚醒的，當線程被喚醒的時候，線程pthread_cond_wait返回的時候//要重新申請并持有鎖//3.當線程被喚醒的時候，重新申請并持有鎖的本質是也要參與鎖的競爭}pthread_mutex_unlock(&mutex);}
}//主線程
int main()
{pthread_t t1,t2,t3;pthread_create(&t1,nullptr,threadroutine,(void*)"thread - 1");pthread_create(&t2,nullptr,threadroutine,(void*)"thread - 2");pthread_create(&t3,nullptr,threadroutine,(void*)"thread - 3");sleep(5);//主線程5s之后，開始喚醒一個線程while(true){// sleep(1);// pthread_cond_signal(&cond);sleep(20);//休息20s再放一批票pthread_mutex_lock(&mutex);tickets+=1000;pthread_mutex_unlock(&mutex);pthread_cond_signal(&cond);//讓一個線程被喚醒，才后這個線程在去搶票}pthread_join(t1,nullptr);pthread_join(t2,nullptr);pthread_join(t3,nullptr);return 0;
}

火車票搶購，其中會同時出現多個人（線程）去搶購票，所有的搶票的過程一定要是原子的，所以需要加互斥鎖。還有一個問題，在上面的搶票過程中，會在一段時間增加票的數量，但總不能讓某一個人（線程）把這些票都搶光吧！所以就需要條件變量，當這次票完的時候，將這個線程阻塞住，只有被喚醒才可以繼續參與搶票。