C++ Linux线程同步机制:POSIX信号量,互斥锁,条件变量

线程同步机制:POSIX 信号量,互斥量,条件变量

POSIX 信号量

常用的POSIX 信号量函数为如下5个:

  • sem_init
  • sem_destroy
  • sem_wait
  • sem_trywait
  • sem_post

它们定义在头文件 semaphore.h

它们成功时会返回 0,失败则返回 -1 并设置 errno

  • sem_init

    用于初始化一个未命名的信号量

    定义

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

    参数

    sem:要初始化的信号量

    pshared:指定信号量的类型,如果为 0,表示这个信号量是当前进程的局部信号量,否则该信号量就可以在多个进程间共享

    value:指定信号量的初始值

    初始化一个已经被初始化的信号量将导致不可预期的结果

  • sem_destroy

    用于销毁信号量,释放其占用的内核资源

    定义

    int sem_destroy( sem_t *sem );
    

    参数

    sem:要销毁的信号量

    销毁一个正在被其他线程等待的信号量将导致不可预期的结果

  • sem_wait

    以原子操作的方式将信号量的值 -1

    如果信号量的值为 0,则 sem_wait 将被阻塞直到信号量有非 0 值

    定义

    int sem_wait( sem_t *sem );
    

    参数

    sem:等待的信号量

  • sem_trywait

    以原子操作的方式将信号量的值 -1,它会立即返回(相当于 sem_wait 的非阻塞版本)

    信号量为 0 时会返回 -1 并设置 errno 为 EAGAIN

    定义

    int sem_trywait( sem_t *sem );
    

    参数

    sem:等待的信号量

  • sem_post

    以原子操作的方式将信号量的值 +1

    当信号量的值 > 0 时,其他正在调用 sem_wait 等待信号量的线程将被唤醒

    定义

    int sem_post( sem_t *sem );
    

    参数

    sem:要释放的信号量

互斥锁

互斥锁API

互斥锁的 API 函数主要有下面五个:

  • pthread_mutex_init
  • pthread_mutex_destroy
  • pthread_mutex_lock
  • pthread_mutex_trylock
  • pthread_mutex_unlock

它们定义在头文件 pthread.h

它们成功时会返回 0,失败则返回错误码

  • pthread_mutex_init

    用于初始化互斥锁

    定义

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

    参数

    mutex:指向要操作的目标的互斥锁

    mutexattr:指定互斥锁的属性。如果设置为NULL,就表示使用默认属性

  • pthread_mutex_destroy

    销毁一个互斥锁并释放其占用的内核资源

    销毁一个已经加锁的互斥锁将导致不可预期的后果

    定义

    int pthread_mutex_destroy( pthread_mutex_t *mutex );
    

    参数

    mutex:指向要操作的目标的互斥锁

  • pthread_mutex_lock

    以原子操作方式给一个互斥锁加锁

    如果目标互斥锁已经被锁上,则 pthread_mutex_lock 调用将阻塞,直到该互斥锁的占有者将其解锁

    定义

    int pthread_mutex_lock( pthread_mutex *mutex );
    

    参数

    mutex:指向要操作的目标的互斥锁

  • pthread_mutex_trylock

    pthread_mutex_lock 的非阻塞版本,始终立即返回

    当互斥锁目标未被加锁时,对其执行加锁操作

    当互斥锁已经被加锁时,返回 EBUSY

    这里讨论的 pthread_mutex_lock 和 pthread_mutex_trylock 的行为是针对普通锁而言的,对于其他类型的锁而言,这两个加锁函数会有不同的行为

    定义

    int pthread_mutex_trylock( pthread_mutex *mutex );
    

    参数

    mutex:指向要操作的目标的互斥锁

  • pthread_mutex_unlock

    以原子操作的方式给一个互斥锁解锁

    如果此时有其他线程正在等待这个互斥锁,则这些线程的某一个将获得它

    定义

    int pthread_mutex_unlock( pthread_mutex *mutex );
    

    参数

    mutex:指向要操作的目标的互斥锁

互斥锁属性

互斥锁的两种常用属性有 pshared 和 type

  • pshared

    指定是否允许跨进程共享互斥锁,可选值有两个:

    PTHREAD_PROCESS_SHARED:互斥锁可以被跨进程共享

    PTHREAD_PROCESS_PRIVATE:互斥锁只能被和锁的初始化线程隶属于同一个进程的线程共享

  • type

    可选值有如下 4 种

    • PTHREAD_MUTEX_NORMAL(普通锁)

      互斥锁默认的类型

      当一个线程对一个普通锁加锁以后,其余请求该锁的线程将形成一个等待队列,并且在该锁解锁后按优先级获得它

      这种锁类型保证了资源分配的公平性,但容易引发问题:一个线程如果对一个已经加锁的普通锁再次加锁,将引发死锁;对一个已经被其他线程加锁的普通锁解锁,或者对一个已经解锁的普通锁再次解锁,其后果是不可预期的

    • PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK(检错锁)

      一个线程如果对一个已经加锁的检错锁再次加锁,将返回 EDEADLK

      对一个已经被其他线程加锁的检错锁解锁,或者对一个已经解锁的检错锁再次解锁,则解锁操作返回 EPERM

    • PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE(嵌套锁)

      这种锁允许一个线程在释放之前多次对它加锁而不发生死锁

      不过其他线程如果要获得这个锁,则当前锁的拥有者必须执行相应次数的解锁操作

      对一个已经被其他线程加锁的嵌套锁解锁,或者对一个已经解锁的嵌套锁再次解锁,将返回 EPERM

    • PTHREAD_MUTEX_DEFAULT(默认锁)

      一个线程如果对一个已经加锁的默认锁再次加锁,或者对一个已经被其他线程加锁的默认锁解锁,或者对一个已经解锁的默认锁再次解锁,将导致不可预期的后果

      这种锁在实现的时候可能被映射为上面三种锁之一

  • 操作属性的 API 函数

    # include <pthread.h>
    /* 初始化互斥锁属性对象 */
    int pthread_mutexattr_init( pthread_mutexattr_t *attr );
    /* 销毁互斥锁属性对象 */
    int pthread_mutexattr_destroy( pthread_mutexattr_t *attr );
    /* 获取和设置互斥锁的 pshared 属性 */
    int pthread_mutexattr_getshared( const pthread_mutexattr *attr, int *pshared);
    int pthread_mutexattr_setshared( pthread_mutexattr *attr, int pshared);
    /* 获取和设置互斥锁的 type 属性 */
    int pthread_mutexattr_gettype( const pthread_mutexattr_t *attr, int *type );
    int pthread_mutexattr_gettype( pthread_mutexattr_t *attr, int type );
    

条件变量

这篇讲得挺好的,搬过来了

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