先备知识
互斥：指在某一时刻只允许进程中的一个线程运行其中的代码片段。当线程A进入临界区对资源进行操作，其他线程必须等待，直到A执行完毕退出临界区，其他进程才可以对临界区资源进行操作。
同步：在互斥的基础上，实现线程之间的有序访问。假设线程A往缓冲区写数据，线程B往缓冲区读数据，它们之间就有一种制约关系----不能对缓冲区进行读和写。
(以下三态概念对进程和线程都适用）
运行态：
就绪态：
阻塞态：又称等待态或睡眠态。一个进程在等待某一事件发生（例如请求I/O而等待I/O完成，请求mutex而等待mutex被释放可用) 而暂时停止运行，直到某一事件完成才能继续执行。阻塞的概念尤其重要，并注意阻塞和等待是同义词，在很多API的文档里都是用阻塞block，但国内很多中文资料使用等待一次。
阻塞(block)和挂起(suspend)：阻塞是被动行为，不知道具体什么时刻被阻塞，也不知道具体什么时刻从阻塞中恢复进入就绪态；挂起是主动行为，拿sleep(seconds)这个api举例，sleep(seconds)就是让当前进程挂起seconds秒，然后准时醒来继续工作。
| 一个进程中所有线程共享的内容 | 每个线程自己的内容 |
|---|---|
| 地址空间 | 程序计数器 |
| 全局变量 | 寄存器 |
| 打开文件 | 堆栈 |
| 子进程 | 状态 |
| 信号与信号处理程序 | |
| 即将发生的定时器 | |
| 账户信息 |
互斥锁
互斥锁是信号量的一个简化版本，实现简单有效。互斥锁是一个可以出于两态之一的变量：解锁和加锁，0表示解锁，其他值表示加锁。
pthread_mutex_lock(&mutex)：如果mutex作为参数传入时值为0，此函数调用成功，调用线程进入临界区。如果mutex作为参数传入时值非零，则表示mutex已被加锁，调用线程将被阻塞，直到在临界区中的线程完成并调用mutex_unlock()。
pthread_mutex_unlock(&mutex)：如果调用线程持有mutex，此函数调用将解锁mutex，mutex置0；如果调用线程不持有mutex，此函数调用的行为未定义。
- 原子性：对mutex的加锁和解锁操作是原子的，一个线程进行mutex操作的过程中，其他线程不能对同一个mutex进行其他操作。
- 单一性：拥有mutex的线程除非释放mutex，否则其他线程不能拥有此线程。
- 非忙等待：等待mutex的线程处于阻塞状态，直到要等待的mutex处于未加锁状态，这时操作系统负责唤醒等待此mutex的线程。
当有多个线程都在等待一个被锁的互斥量时，在互斥量被释放时，除非设置了线程优先级，否则将由操作系统决定哪个线程将获得该互斥量，一般是随机的。
```
/*初始化方式*/
// 1. 静态方式
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutexattr_t attr;
pthread_mutex_init(&mutex, &attr);
// 2. 静态方式
pthread_mutex_t fastmutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; //普通的快速锁
pthread_mutex_t recmutex = PTHREAD_RECURISIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP; //递归锁
pthread_mutex_t errchmutex = PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP; //错误检查
/*加解锁操作*/
pthread_mutex_lock(&mutex); //无法获得mutex时，当前进程进入等待队列。
pthread_mutex_lock(&mutex); //无法获得mutex时，返回EBUSY而不是进入等待队列
pthread_mutex_unlock(&mutex); //
条件变量
核心问题
- 条件变量为什么要和互斥锁一起使用。
- pthread_cond_wait实际上进行了哪些操作。
pthread_cond_wait(&cond, &mutex)
- 调用时：阻塞当前进程，释放mutex [由此可知，该函数的调用前提是获得mutex，即pthread_mutex_lock(&mutex)]
- 接收到另一个进程发送的pthread_cond_signal(&cond)或pthread_cond_broadcast(&cond)后：当前线程重新获得mutex，继续执行当前线程余下任务 [由此可知，完成任务后当前线程需要释放mutex]
pthread_cond_signal(&cond)：解开(unlock）一个等待条件变量cond的线程。
pthread_cond_broadcast(&cond)：解开(unlock）所有等待条件变量cond的线程们。
static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
static pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void* thread1(void *arg){
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("1\n");
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
printf("2\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_exit(NULL);
}
void* thread2(void *arg){
sleep(1); //let thread1 run first
pthread_mutex_lock(&mutex);
printf("3\n");
sleep(3);
printf("4\n");
pthread_cond_signal(&cond);
sleep(3);
printf("5\n");
sleep(3);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
pthread_exit(NULL);
}
// 输出顺序为 1 3 4 2 5
信号量
关于信号量
信号量是一种特殊的整型数据，在创建时需要设置一个初始值N，表示同时可以有N个任务可以访问该信号量所保护的临界区共享资源。N=1时信号量就变成了互斥锁，即同时只能有一个任务可以访问信号量保护的临界区共享资源。
从另一个角度看：信号量用于累记唤醒次数，供以后使用，信号量取值为0表示没有保存下来的唤醒操作，信号量取值为N表示有N个唤醒动作。
down操作：api为sem_wait(&sem)。如果sem值为0，将阻塞调用进程，此时的down操作并未完成；如果sem值大于0，则对sem值减1，继续执行下面代码。
up操作：api为sem_post(&sem)。对sem值增1，如果一个或多个进程在该信号量上阻塞，无法完成一个先前的down操作，则由系统选择其中的一个并允许该进程完成它的down操作。
down操作和up操作都是原子操作，保证一旦一个信号量操作开始，则在该操作完成或阻塞之前，其他进程不允许访问该信号量。
信号 signal
全称软中断信号，用来通知进程发生了异步事件。
进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。内核可以因为内部事件给进程发送信号，通知进程发生了某个事件。
-
三种处理方式
- 类似中断的处理程序，对于需要处理的信号，进程可以指定处理函数，由该函数来处理，用signal()可以为信号指定处理程序。
- 采取系统默认的信号处理方式，大部分的缺省信号处理方式是使得进程终止。
- 忽略该信号，就像从未发生过一样，不做任何处理。
在进程表的表项中有一个软终端信号域，该域中每一位对应一个信号，当有信号发送给进程时，对应位置位。由此可以看出，进程可以同时保留不同的信号，但无法对同一个信号计算数目。
有关信号的系统调用
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signal系统调用
用来设定某个信号的处理方法。#includ <signal.h> typedef void (*sig_t) (int); sig_t signal(int sig, sig_t func); -
kill系统调用
用来向进程发送一个信号。#include <sys/types.h> #include <signal.h> int kill(pid_t, int sig);
