信号量和互斥量C语言示例理解线程同步
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线程同步
了解线程信号量的基础知识，对深入理解python的线程会大有帮助。
当两个线程同时执行时，不可避免同时操作同一个变量或者文件等，所以需要有一组机制来确保他们能正确的运行：信号量和互斥量。信号量可以分为最简单的“二进制信号量”和更通用的“计数信号量”。信号量通常用来保护一段代码，使其每次只能被一个执行线程运行，这种情况下需要用到二进制信号量。有时候希望可以允许有限数目的线程执行一段指定代码，这就需要用到计数信号量。实际上，技术信号量是一种二进制信号量的逻辑扩展，实际两者调用的函数一样。
互斥量和信号量很相似，事实上他们可以互相通过对方来实现。但在实际应用中，对于一些情况使用其中一种更符合语义而且效果更好。
用信号量进行同步
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
void *thread_function(void *arg);
sem_t bin_sem;
#define WORK_SIZE 1024
char work_area[WORK_SIZE]; /* 用来存放输入内容 */
int main() {
int res; /* 暂存一些命令的返回结果 */
pthread_t a_thread; /* 织带新建的线程 */
void *thread_result; /* 存放线程处理结果 */
res = sem_init(&bin_sem, 0, 0); /* 初始化信号量，并且设置初始值为0*/
if (res != 0) {
perror("Semaphore initialization failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, NULL); /* 创建新线程 */
if (res != 0) {
perror("Thread creation failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Inout some text, Enter 'end' to finish\n");
while(strncmp("end", work_area, 3) != 0) { /* 当工作区内不是以end开头的字符串时...*/
fgets(work_area, WORK_SIZE, stdin); /* 从标准输入获取输入到worl_area */
sem_post(&bin_sem); /* 信号量+1 */
}
printf("\nWaiting for thread to finish...\n");
res = pthread_join(a_thread, &thread_result); /* 等待线程结束 */
if (res != 0) {
perror("Thread join failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Thread joined\n");
sem_destroy(&bin_sem); /* 销毁信号量 */
exit(EXIT_SUCCESS);
}
void *thread_function(void *arg) {
sem_wait(&bin_sem); /* 等待信号量有大于0的值然后-1 */
while(strncmp("end", work_area, 3) != 0) {
printf("You input %ld characters\n", strlen(work_area)-1); /* 获取输入字符串长度 8*/
sem_wait(&bin_sem); /* 等待信号量有大于0的值然后-1 */
}
pthread_exit(NULL);
}
用互斥量进行同步
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
void *thread_function(void *arg);
pthread_mutex_t work_mutex;
#define WORK_SIZE 1024
char work_area[WORK_SIZE];
int time_to_exit = 0; /* 用来控制是否退出*/
int main() {
int res;
pthread_t a_thread;
void *thread_result;
res = pthread_mutex_init(&work_mutex,NULL); /* 初始化一个互斥锁 */
if (res != 0) {
perror("Mutex initialization failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function, NULL); /* 创建一个新线程 */
if (res != 0) {
perror("Thread creation failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
pthread_mutex_lock(&work_mutex); /* 尝试对互斥量加锁 */
printf("Input some text, Enter 'end' to finish\n");
while(!time_to_exit) { /* 检查是不是该退出*/
fgets(work_area, WORK_SIZE, stdin); /* 从标准输入获取输入到work_area */
pthread_mutex_unlock(&work_mutex); /* 解锁互斥量 */
while(1) {
pthread_mutex_lock(&work_mutex);
if (work_area[0] != '\0') { /* 持续检查work_area 是否为空, 如果不为空继续等待，如果为空，则重新读取输入到work_area*/
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
sleep(1);
}
else {
break;
}
}
}
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
printf("\nWaiting for thread to finish...\n");
res = pthread_join(a_thread, &thread_result);
if (res != 0) {
perror("Thread join failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Thread joined\n");
pthread_mutex_destroy(&work_mutex);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
void *thread_function(void *arg) {
sleep(1);
pthread_mutex_lock(&work_mutex); /* 尝试加锁互斥量 */
while(strncmp("end", work_area, 3) != 0) { /* 当work_area里的值不是以end开头时*/
printf("You input %ld characters\n", strlen(work_area) -1); /* 输出输入的字符长度 */
work_area[0] = '\0'; /* work_area设置为空 */
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
sleep(1);
pthread_mutex_lock(&work_mutex);
while (work_area[0] == '\0') { /* 持续检查work_area 直到它里面有输入值*/
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
sleep(1);
pthread_mutex_lock(&work_mutex);
}
}
time_to_exit = 1; /* 当输入end后，设置退出标志 */
work_area[0] = '\0';
pthread_mutex_unlock(&work_mutex);
pthread_exit(0);
}
参考资料
- 《Beginning Linux Programming》
