信号量sem_t，互斥锁pthread_mutex_t的使用

信号量sem_t，互斥锁pthread_mutex_t的使用


  信号量的数据类型为结构sem_t，它本质上是一个长整型的数。


------函数sem_init（）用来初始化一个信号量。


       它的原型为：　extern int sem_init __P ((sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value));


sem为指向信号量结构的一个指针；pshared不为０时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享；value给出了信号量的初始值。


-----函数sem_post( sem_t *sem )用来增加信号量的值。当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。　


-----函数sem_wait( sem_t *sem )被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。


-----函数sem_trywait ( sem_t *sem )是函数sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量sem的值减一。


-----函数sem_destroy(sem_t *sem)用来释放信号量sem。


（1）信号量用sem_init函数创建的，下面是它的说明：
　　#include<semaphore.h>
        int sem_init (sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
        这个函数的作用是对由sem指定的信号量进行初始化，设置好它的共享选项，并指定一个整数类型的初始值。pshared参数控制着信号量的类型。如果 pshared的值是０，就表示它是当前里程的局部信号量；否则，其它进程就能够共享这个信号量。我们现在只对不让进程共享的信号量感兴趣。　（这个参数 受版本影响），　pshared传递一个非零将会使函数调用失败。
（2）这两个函数控制着信号量的值，它们的定义如下所示：
　　
　　#include <semaphore.h>
        int sem_wait(sem_t * sem);
        int sem_post(sem_t * sem);
 
        这两个函数都要用一个由sem_init调用初始化的信号量对象的指针做参数。
        sem_post函数的作用是给信号量的值加上一个“1”，它是一个“原子操作"即同时对同一个信号量做加“1”操作的两个线程是不会冲突的；而同 时对同一个文件进行读、加和写操作的两个程序就有可能会引起冲突。信号量的值永远会正确地加一个“2”－－因为有两个线程试图改变它。
        sem_wait函数也是一个原子操作，它的作用是从信号量的值减去一个“1”，但它永远会先等待该信号量为一个非零值才开始做减法。也就是说，如果你对 一个值为2的信号量调用sem_wait(),线程将会继续执行，信号量的值将减到1。如果对一个值为0的信号量调用sem_wait()，这个函数就 会地等待直到有其它线程增加了这个值使它不再是0为止。如果有两个线程都在sem_wait()中等待同一个信号量变成非零值，那么当它被第三个线程增加 一个“1”时，等待线程中只有一个能够对信号量做减法并继续执行，另一个还将处于等待状态。
         信号量这种“只用一个函数就能原子化地测试和设置”的能力下正是它的价值所在。还有另外一个信号量函数sem_trywait，它是sem_wait的非阻塞搭档。
    （3）  最后一个信号量函数是sem_destroy。这个函数的作用是在我们用完信号量对它进行清理。下面的定义：
          #include<semaphore.h>
          int sem_destroy (sem_t *sem);
          这个函数也使用一个信号量指针做参数，归还自己占据的一切资源。在清理信号量的时候如果还有线程在等待它，用户就会收到一个错误。
         与其它的函数一样，这些函数在成功时都返回“0”。


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程序举例如下：
#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <unistd.h> 
#include <pthread.h> //包含线程相关头文件
#include <errno.h> 
#include <sys/ipc.h> 
#include <semaphore.h> //包含信号量相关头文件
int lock_var; 
time_t end_time; 
sem_t sem1,sem2; //声明两个信号量
 
void pthread1(void *arg); //声明两个线程函数
void pthread2(void *arg); 
 
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    pthread_t id1,id2; //声明两个线程
    pthread_t mon_th_id; 
    int ret; 
    end_time = time(NULL)+30; 
    ret=sem_init(&sem1,0,1); //对信号量进行初始化，第一个0表示此信号量子整个进程中共享，第二个1表示信号量初始值
    ret=sem_init(&sem2,0,0); 
    if(ret!=0) 
    { 
        perror("sem_init"); 
    } 
    ret=pthread_create(&id1,NULL,(void *)pthread1, NULL); //创建线程
    if(ret!=0) 
        perror("pthread cread1"); 
    ret=pthread_create(&id2,NULL,(void *)pthread2, NULL); 
    if(ret!=0) 
        perror("pthread cread2"); 
    pthread_join(id1,NULL); //用来等待线程1的结束
    pthread_join(id2,NULL); //用来等待线程2的结束
    exit(0); 
} 
 
void pthread1(void *arg) //线程1的执行内容
{ 
    int i; 
    while(time(NULL) < end_time){ 
        sem_wait(&sem2); //线程阻塞一直等到sem2信号量大于0，执行后将sem2减1，代表资源已经被使用
        for(i=0;i<2;i++){ 
            sleep(1); 
            lock_var++; 
            printf("lock_var=%d\n",lock_var); 
        } 
        printf("pthread1:lock_var=%d\n",lock_var); 
        sem_post(&sem1); //将信号量sem1的值加1，代表资源增加
        sleep(1); 
    } 
} 
 
void pthread2(void *arg) 
{ 
    int nolock=0; 
    int ret; 
    while(time(NULL) < end_time){ 
    sem_wait(&sem1); 
    printf("pthread2:pthread1 got lock;lock_var=%d\n",lock_var); 
    sem_post(&sem2); 
    sleep(3); 
    } 
} 
 
信号量的使用如下步骤小结：
 1.声明信号量sem_t sem1;
 2.初始化信号量sem_init(&sem1,0,1); /
 3.sem_post和sem_wait函数配合使用来达到线程同步
 4.释放信号量int sem_destroy (sem_t *sem1);

 

 互斥锁pthread_mutex_t
 在线程实际运行过程中，我们经常需要多个线程保持同步。这时可以用互斥锁来完成任务；互斥锁的使用过程中，主要有pthread_mutex_init，pthread_mutex_destory，pthread_mutex_lock，pthread_mutex_unlock这几个函数以完成锁的初始化，锁的销毁，上锁和释放锁操作。

一：锁的创建

    锁可以被动态或静态创建，可以用宏PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER来静态的初始化锁，采用这种方式比较容易理解，互斥锁是pthread_mutex_t的结构体，而这个宏是一个结构常量，如下可以完成静态的初始化锁：


    pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;


    另外锁可以用pthread_mutex_init函数动态的创建，函数原型如下：


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


二：锁的属性


    互斥锁属性可以由pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *mattr);来初始化，然后可以调用其他的属性设置方法来设置其属性；


    互斥锁的范围：可以指定是该进程与其他进程的同步还是同一进程内不同的线程之间的同步。可以设置为PTHREAD_PROCESS_SHARE和PTHREAD_PROCESS_PRIVATE。默认是后者，表示进程内使用锁。可以使用int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *mattr, int pshared)


pthread_mutexattr_getshared(pthread_mutexattr_t *mattr,int *pshared)


用来设置与获取锁的范围；


    互斥锁的类型：有以下几个取值空间：


　　PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP，这是缺省值，也就是普通锁。当一个线程加锁以后，其余请求锁的线程将形成一个等待队列，并在解锁后按优先级获得锁。这种锁策略保证了资源分配的公平性。


　　PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP，嵌套锁，允许同一个线程对同一个锁成功获得多次，并通过多次unlock解锁。如果是不同线程请求，则在加锁线程解锁时重新竞争。


　　PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP，检错锁，如果同一个线程请求同一个锁，则返回EDEADLK，否则与PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP类型动作相同。这样就保证当不允许多次加锁时不会出现最简单情况下的死锁。


　　PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP，适应锁，动作最简单的锁类型，仅等待解锁后重新竞争。


可以用
pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr , int type)
pthread_mutexattr_gettype(pthread_mutexattr_t *attr , int *type)


获取或设置锁的类型。


三：锁的释放


    调用pthread_mutex_destory之后，可以释放锁占用的资源，但这有一个前提上锁当前是没有被锁的状态。


四：锁操作


    对锁的操作主要包括加锁 pthread_mutex_lock()、解锁pthread_mutex_unlock()和测试加锁 pthread_mutex_trylock()三个。


　　int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)


　　int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)


　　int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)


　　pthread_mutex_trylock()语义与pthread_mutex_lock()类似，不同的是在锁已经被占据时返回EBUSY而不是挂起等待


五：代码示例
#include<stdlib.h>  
#include<stdio.h>  
#include<unistd.h>  
#include<pthread.h>  
typedef struct ct_sum  
{   int sum;  
    pthread_mutex_t lock;  
}ct_sum;  
void * add1(void * cnt)  
{       
     
    pthread_mutex_lock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));  
    int i;  
        for( i=0;i<50;i++){  
            (*(ct_sum*)cnt).sum+=i;}  
    pthread_mutex_unlock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));  
    pthread_exit(NULL);  
    return 0;  
}  
void * add2(void *cnt)  
{       
    int i;  
    cnt= (ct_sum*)cnt;  
    pthread_mutex_lock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));   //上锁
    for( i=50;i<101;i++)  
    {    (*(ct_sum*)cnt).sum+=i;         
    }  
    pthread_mutex_unlock(&(((ct_sum*)cnt)->lock));  //解锁
    pthread_exit(NULL);  
    return 0;  
}  
int main(void)  
{   int i;  
    pthread_t ptid1,ptid2;  
    int sum=0;  
    ct_sum cnt;  
    pthread_mutex_init(&(cnt.lock),NULL);    //初始化锁
    cnt.sum=0;  
    pthread_create(&ptid1,NULL,add1,&cnt);  
    pthread_create(&ptid2,NULL,add2,&cnt);  
  
    pthread_mutex_lock(&(cnt.lock));   //cnt.sum两个线程公用------上锁
    printf("sum %d\n",cnt.sum);  
    pthread_mutex_unlock(&(cnt.lock));   ///cnt.sum两个线程公用------解锁
    pthread_join(ptid1,NULL);  
    pthread_join(ptid2,NULL);  
    pthread_mutex_destroy(&(cnt.lock));  
    return 0;  
}