Day08 Liunx高级系统设计9-线程间同步与互斥

引入

经过昨天的学习 , 我们会使用线程

但是当多个线程同时操作同一个数据会导致数据安全问题

为了解决该问题 , 我们需要对其进行更加深入的学习

解决思路

保证多个线程不能同时操作同一个数据

同步与互斥的概念

互斥：同一时间，只能有一个任务（进程或线程）执行，谁先执行不确定。

同步：同一时间，只能有一个任务（进程或线程）执行，有顺序的执行。

同步是特殊的互斥。

锁

作用

用于线程的互斥。

互斥锁是一种简单的加锁的方法来控制对共享资源的访问。

互斥锁只有两种状态 , 即加锁 ( lock ) 和解锁（ unlock ）。

帮助文档

1 ）在访问共享资源后临界区域前，对互斥锁进行加锁。

2 ）在访问完成后释放互斥锁导上的锁。

3 ）对互斥锁进行加锁后，任何其他试图再次对互斥锁加锁的线程将会被阻塞，直到锁

被释放。

注意 : 多个线程互斥锁要是同一个

互斥锁的数据类型是 :pthread_mutex_t

互斥锁

概念：

用于线程的互斥。

互斥锁是一种简单的加锁的方法来控制对共享资源的访问。

互斥锁只有两种状态 , 即加锁 ( lock ) 和解锁（ unlock ）。

操作原理

1 ）在访问共享资源后临界区域前，对互斥锁进行加锁。

2 ）在访问完成后释放互斥锁导上的锁。

3 ）对互斥锁进行加锁后，任何其他试图再次对互斥锁加锁的线程将会被阻塞，直到锁

被释放。

注意 : 多个线程互斥锁要是同一个

互斥锁的数据类型是 :pthread_mutex_t

初始化

作用 : 初始化互斥锁

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

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

参数：

mutex：互斥锁地址。类型是 pthread_mutex_t 。

attr：设置互斥量的属性，通常可采用默认属性，即可将 attr 设为 NULL 。

可以使用宏PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 静态初始化互斥锁 , 比如：

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

这种方法等价于使用 NULL 指定的 attr 参数调用 pthread_mutex_init() 来完成动态初始化，不同之处在于 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 宏不进行错误检查。

返回值：

成功：0 ，成功申请的锁默认是打开的。

失败：非 0 错误

示例

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 动态获取互斥锁,推荐
    pthread_mutex_t lock;
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    // 静态获取互斥锁,声明与赋值必须同时进程
    pthread_mutex_t lock02 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
    pthread_mutex_destroy(&lock);
    pthread_mutex_destroy(&lock02);
    return 0;
}

销毁

作用 : 销毁互斥锁 , 互斥锁在使用完毕后，必须要对互斥锁进行销毁，以释放资源。

函数

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

参数：

mutex：互斥锁地址。

返回值 :

成功：0

失败：非 0 错误码

示例

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 动态获取互斥锁,推荐
    pthread_mutex_t lock;
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    // 静态获取互斥锁
    pthread_mutex_t lock02 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
    pthread_mutex_destroy(&lock);
    pthread_mutex_destroy(&lock02);
    return 0;
}

上锁

作用 : 对互斥锁上锁，若互斥锁已经上锁，则调用者阻塞，直到互斥锁解锁后再上锁。

函数

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

参数：

mutex：互斥锁地址。

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误码

解锁

作用 : 对指定的互斥锁解锁。

函数

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

参数：

mutex：互斥锁地址。

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误码

案例1:错误演示

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
void *tick(void *arg)
{
    static int num = 100;
    while (num > 0)
    {
        num--;
        sleep(0.1);
        printf("线程%ld销售了一张票,还剩%d张\n", pthread_self(), num);
    }
    return NULL;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    pthread_t p1, p2, p3, p4;
    pthread_create(&p1, NULL, tick, NULL);
    pthread_create(&p2, NULL, tick, NULL);
    pthread_create(&p3, NULL, tick, NULL);
    pthread_create(&p4, NULL, tick, NULL);
    pthread_join(p1, NULL);
    pthread_join(p2, NULL);
    pthread_join(p3, NULL);
    pthread_join(p4, NULL);
    return 0;
}

案例2:加锁后

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int ticket = 100;
pthread_mutex_t lock;
// pthread_cond_t cond;
void *sale(void *name)
{
    
    while(ticket > 0)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        if(ticket <= 0)
        {
            pthread_mutex_unlock(&lock);
            break;
        }
        ticket--;
        sleep(0.5);
        printf("%s售卖了一张船票,还剩%d张船票\n",(char *)name,ticket);
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
    return NULL;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    pthread_mutex_init(&lock,NULL);//初始化
    pthread_t tid1,tid2,tid3,tid4;
    pthread_create(&tid1,NULL,sale,"一号窗口");
    pthread_create(&tid2,NULL,sale,"二号窗口");
    pthread_create(&tid3,NULL,sale,"三号窗口");
    pthread_create(&tid3,NULL,sale,"四号窗口");
    pthread_join(tid1,NULL);
    pthread_join(tid2,NULL);
    pthread_join(tid3,NULL);
    pthread_join(tid4,NULL);
    pthread_mutex_destroy(&lock);
    return 0;
}

死锁

概念 : 多个线程互相持有对方所需的锁资源

结果 : 程序无法向下运行 , 所以不会结束 , 但又不能执行代码

总结 : 避免死锁

代码：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
pthread_mutex_t lockA, lockB;
void *testA(void *argv)
{
    pthread_mutex_lock(&lockA);
    printf("线程%ld进入锁A中\n", pthread_self());
    sleep(1);
    pthread_mutex_lock(&lockB);
    printf("线程%ld进入锁B中\n", pthread_self());
    sleep(1);
    pthread_mutex_unlock(&lockA);
    pthread_mutex_unlock(&lockB);
    return NULL;
}
void *testB(void *argv)
{
    pthread_mutex_lock(&lockB);
    printf("线程%ld进入锁B中\n", pthread_self());
    sleep(1);
    pthread_mutex_lock(&lockA);
    printf("线程%ld进入锁A中\n", pthread_self());
    sleep(1);
    pthread_mutex_unlock(&lockA);
    pthread_mutex_unlock(&lockB);
    return NULL;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    pthread_mutex_init(&lockA, NULL);
    pthread_mutex_init(&lockB, NULL);
    pthread_t t1, t2;
    pthread_create(&t1, NULL, testA, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, testB, NULL);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    pthread_mutex_destroy(&lockB);
    pthread_mutex_destroy(&lockA);
    printf("主线程OVER\n");
    return 0;
}

读写锁

概述

一个特殊的锁

含有读写两种互斥锁

其中读读不互斥 , 读写互斥 , 写写互斥

在使用多个线程对同一个数据进行读写时建议使用

读写锁的数据类型是： pthread_rwlock_t

经验 :

如果只有两个线程 , 一个读 , 一个写 , 此时没必要使用读写锁 , 普通的互斥锁也是可以的

初始化

作用：

用来初始化 rwlock 所指向的读写锁。

函数

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock,

const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);

参数：

rwlock：指向要初始化的读写锁指针。

attr：读写锁的属性指针。如果 attr 为 NULL 则会使用默认的属性初始化读写锁，否则使用指定的 attr 初始化读写锁。

可以使用宏 PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER 静态初始化互斥锁 , 比如：

pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

返回值：

成功：0 ，读写锁的状态将成为已初始化和已解锁。

失败：非 0 错误码

示例

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 动态初始化,推荐
    pthread_rwlock_t rwlock01;
    pthread_rwlock_init(&rwlock01, NULL);
    // 静态初始化,不建议使用,声明与复制必须同时进行
    pthread_rwlock_t rwlock02 = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;
    return 0;
}
// 注意:vscode编写时不会提示,需要手动编写

销毁

作用

用于销毁一个读写锁，并释放所有相关联的资源（所谓的所有指的是由

pthread_rwlock_init() 自动申请的资源）

函数

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

参数：

rwlock：读写锁指针。

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误码

示例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
//动态初始化,推荐
pthread_rwlock_t rwlock01;
pthread_rwlock_init(&rwlock01,NULL);
//静态初始化,不建议使用,声明与复制必须同时进行
pthread_rwlock_t rwlock02 = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;
pthread_rwlock_destroy(&rwlock01);
pthread_rwlock_destroy(&rwlock02);
return 0;
}

申请读锁

作用

以阻塞方式在读写锁上获取读锁（读锁定）。

如果没有写者持有该锁，并且没有写者阻塞在该锁上，则调用线程会获取读锁。

如果调用线程未获取读锁，则它将阻塞直到它获取了该锁。一个线程可以在一个读写锁上多次执行读锁定。

线程可以成功调用 pthread_rwlock_rdlock() 函数 n 次，但是之后该线程必须调用pthread_rwlock_unlock() 函数 n 次才能解除锁定。

函数 1

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

参数：

rwlock：读写锁指针。

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误码

函数 2

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

参数：

rwlock：读写锁指针。

用于尝试以非阻塞的方式来在读写锁上获取读锁。

如果有任何的写者持有该锁或有写者阻塞在该读写锁上，则立即失败返回。

申请写锁

作用

在读写锁上获取写锁（写锁定）。

如果没有写者持有该锁，并且没有写者读者持有该锁，则调用线程会获取写锁。

如果调用线程未获取写锁，则它将阻塞直到它获取了该锁。

函数1

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

参数：

rwlock：读写锁指针。

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误码

函数 2

int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

用于尝试以非阻塞的方式来在读写锁上获取写锁。

如果有任何的读者或写者持有该锁，则立即失败返回。

释放读写锁

作用

无论是读锁或写锁，都可以通过此函数解锁。

函数

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

参数：

rwlock：读写锁指针。

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误码

案例

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
pthread_rwlock_t rwlock;
// 多线程公共读写数据
int num = 0;
void *writeNum(void *x)
{
    pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
    sleep(2);
    num = rand() % 100;
    printf("线程%ld写入后num=%d\n", pthread_self(), num);
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
    return NULL;
}
void *readNum(void *argv)
{
    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
    sleep(2);
    printf("线程%ld读取到的num=%d\n", pthread_self(), num);
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
    return NULL;
}
void closeThread(pthread_t ps[], int len)
{
    int i;
    for (i = 0; i < len; i++)
    {
        pthread_t t = ps[i];
        pthread_join(t, NULL);
    }
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 初始化读写锁
    pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
    // 设置随机数种子
    srand(time(NULL));
    // 声明3个线程写
    pthread_t tw[3];
    for (int i = 10; i < 13; i++)
    {
        pthread_create(&tw[i - 10], NULL, writeNum, NULL);
    }
    // 声明10个线程读
    pthread_t tr[10];
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        pthread_create(&tr[i], NULL, readNum, NULL);
    }
    int wlen = sizeof(tw) / sizeof(pthread_t);
    closeThread(tw, wlen);
    int rlen = sizeof(tw) / sizeof(pthread_t);
    closeThread(tr, rlen);
    pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
    return 0;
}

条件变量

概述

与互斥锁不同，条件变量是用来等待而不是用来上锁的，条件变量本身不是锁！

条件变量用来自动阻塞一个线程，直到某特殊情况发生为止。通常条件变量和互斥锁同时使用。

条件变量的两个动作：

条件不满足, 阻塞线程

当条件满足, 通知阻塞的线程开始工作

条件变量的类型 : pthread_cond_t 。

初始化

作用 :

初始化一个条件变量

函数

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,

const pthread_condattr_t *restrict attr);

参数：

cond：指向要初始化的条件变量指针。

attr：条件变量属性，通常为默认值，传 NULL 即可

也可以使用静态初始化的方法，初始化条件变量：

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误号

释放

作用

销毁一个条件变量

函数

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

参数：

cond：指向要初始化的条件变量指针

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误

等待条件满足

作用

阻塞等待一个条件变量

a) 阻塞等待条件变量 cond （参 1 ）满足

b) 释放已掌握的互斥锁（解锁互斥量）相当于 pthread_mutex_unlock(&mutex);

a) b) 两步为一个原子操作。 ( 原子操作即中间不能插入其他操作 )

c) 当被唤醒， pthread_cond_wait 函数返回时，解除阻塞并重新申请获取互斥锁pthread_mutex_lock(&mutex);

函数

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict

cond,pthread_mutex_t *restrict mutex);

参数：

cond：指向要初始化的条件变量指针

mutex：互斥锁

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误号

函数 ( 了解 )

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex,

const struct timespec *restrict abstime);

功能：

限时等待一个条件变量

参数：

cond：指向要初始化的条件变量指针

mutex：互斥锁

abstime：绝对时间

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误号

唤醒等待

函数:

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

功能：

唤醒至少一个阻塞在条件变量上的线程

参数

cond:指向要初始化的条件变量指

返回值

成功：0

失败：非 0 错误号

函数 : 唤醒所有

所需头文件

#include <pthread.h>

函数

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

功能：

唤醒全部阻塞在条件变量上的线程

参数：

cond:指向要初始化的条件变量指针

返回值：

成功：0

失败：非 0 错误号

案例1:条件变量基本演示

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 声明互斥锁
pthread_mutex_t lock;
// 声明条件变量
pthread_cond_t cond;
void *test01()
{
    pthread_mutex_lock(&lock);
    printf("线程%ld陷入休眠\n", pthread_self());
    pthread_cond_wait(&cond, &lock);
    printf("线程%ld被唤醒\n", pthread_self());
    pthread_mutex_unlock(&lock);
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 声明线程
    pthread_t t01, t02;
    // 初始化互斥锁
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    // 初始化条件变量
    pthread_cond_init(&cond, NULL);
    // 创建线程
    pthread_create(&t01, NULL, test01, NULL);
    pthread_create(&t02, NULL, test01, NULL);
    sleep(5);
    // 随机唤醒一个
    // pthread_cond_signal(&cond);
    // 唤醒所有
    pthread_cond_broadcast(&cond);
    // 销毁显示
    pthread_join(t01, NULL);
    pthread_join(t02, NULL);
    // 释放互斥锁
    pthread_mutex_destroy(&lock);
    // 释放条件变量
    pthread_cond_destroy(&cond);
    return 0;
}

案例2:生产者与消费者模式

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
// 声明互斥锁
pthread_mutex_t lock;
// 声明条件变量
pthread_cond_t cond;
// 声明记录库存数量的变量
int num = 0;
// 声明生产的方法
void *produce(void *argv);
// 声明销售的方法
void *sale(void *argv);
// 声明释放线程的方法
void closeThread(pthread_t ts[], int len)
{
    for (int i = 0; i < len; i++)
    {
        pthread_join(ts[i], NULL);
    }
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    srand(time(NULL));
    // 初始化互斥锁
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    // 初始化条件变量
    pthread_cond_init(&cond, NULL);
    // 声明生产者线程组
    pthread_t ps[3];
    // 声明销售者线程组
    pthread_t ss[5];
    // 创建线程并执行
    int i;
    for (i = 0; i < 3; i++)
    {
        pthread_create(&ps[i], NULL, produce, NULL);
    }
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        pthread_create(&ps[i], NULL, sale, NULL);
    }
    // 释放生产者线程
    int plen = sizeof(ps) / sizeof(pthread_t);
    closeThread(ps, plen);
    // 释放消费者线程
    int slen = sizeof(ss) / sizeof(pthread_t);
    closeThread(ss, slen);
    // 释放互斥锁
    pthread_mutex_destroy(&lock);
    // 释放条件变量
    pthread_cond_destroy(&cond);
    return 0;
}
void *produce(void *argv)
{
    while (1)
    {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        while (num >= 10)
        {
            printf("库存已满,线程%ld停止生产\n", pthread_self());
            pthread_cond_wait(&cond, &lock);
        }
        num++;
printf("线程%ld生产了一个商品,当前库存数量为:%d\n",pthread_self(),num);
pthread_cond_broadcast(&cond);
pthread_mutex_unlock(&lock);
sleep(1);
    }
    return NULL;
}
void *sale(void *argv)
{
    while (1)
    {+
        pthread_mutex_lock(&lock);
        while (num <= 0)
        {
            printf("库存为0,线程%ld停止销售\n", pthread_self());
            pthread_cond_wait(&cond, &lock);
        }
        num--;
printf("线程%ld销售了一个商品,当前库存数量为:%d\n",pthread_self(),num);
pthread_cond_broadcast(&cond);
pthread_mutex_unlock(&lock);
int t = rand()%5;
sleep(t);
    }
}

信号量

概述

信号量广泛用于进程或线程间的同步和互斥 , 信号量本质上是一个非负的整数计数器 , 它被用来控制对公共资源的访问

当信号量值大于 0 时，则可以访问 , 否则将阻塞 .

PV 原语是对信号量的操作 , 一次 P 操作使信号量减１，一次 V 操作使信号量加 1.

信号量数据类型为： sem_t

信号量API

初始化信号量

所需头文件

#include <semaphore.h>

函数

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

功能：

创建一个信号量并初始化它的值。一个无名信号量在被使用前必须先初始化。

参数：

sem：信号量的地址

pshared：等于 0 ，信号量在线程间共享（常用）；不等于 0 ，信号量在进程间共享。

value ：信号量的初始值

返回值：

成功：0

失败： - 1

p操作-信号量-1

所需头文件

#include <semaphore.h>

函数

int sem_wait(sem_t *sem);

功能 :

将信号量减一, 如果信号量的值为 0 则阻塞 , 大于 0 可以减一

参数 :

信号量的地址

返回值 :

成功返回 0

失败返回 -1

v操作-信号量+1

所需头文件

#include <semaphore.h>

函数

int sem_post(sem_t *sem);

功能 :

将信号量加一

参数 :

信号量的地址

返回值 :

成功返回 0

失败返回-1

销毁信号量

所需头文件

#include <semaphore.h>

函数

int sem_destroy(sem_t *sem);

功能 :

销毁信号量

参数 :

信号量的地址

返回值 :

成功返回 0

失败返回 -1

线程间

信号量完成互斥

思路

不管有多少个任务，只要是互斥，只要一个信号量，并且初始化 1.

当任务 x 开始时 , 让信号量进行 p 操作 , 此时信号量为 0, 其他任务此时就会被阻塞 , 当任务 x结束时让任务, 让信号量 v 操作 , 这样别的任务就可以执行了

示例：

#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
sem_t sem;
void *printstr(void *argv)
{
    sem_wait(&sem);
    char *str = (char *)argv;
    int i = 0;
    while (str[i] != '\0')
    {
        printf("%c\n", str[i]);
        i++;
        sleep(1);
    }
    sem_post(&sem);
    return NULL;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 初始化信号量,0表示线程 1初始值
    sem_init(&sem, 0, 1);
    pthread_t t01, t02, t03;
    pthread_create(&t01, NULL, printstr, "HELLO");
    pthread_create(&t02, NULL, printstr, "c++");
    pthread_create(&t03, NULL, printstr, "Java");
    pthread_join(t01, NULL);
    pthread_join(t02, NULL);
    pthread_join(t03, NULL);
    // 释放信号量
    sem_destroy(&sem);
    return 0;
}

信号量完成同步

思路

有几个任务就需要有几个信号量，先执行为任务的信号初始化为 1 ，其他信号量初始化为0 ，所有任务P(-1) 自己的信号， V(+1) 下一个任务的信号量。

示例：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>
sem_t s01, s02, s03;
void *print01(void *argv)
{
    sem_wait(&s01);
    printf("线程1输入\n");
    sem_post(&s02);
    return NULL;
}
void *print02(void *argv)
{
    sem_wait(&s02);
    printf("线程2输入\n");
    sem_post(&s03);
    return NULL;
}
void *print03(void *argv)
{
    sem_wait(&s03);
    printf("线程3输入\n");
    sem_post(&s01);
    return NULL;
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    sem_init(&s01, 0, 1);
    sem_init(&s02, 0, 0);
    sem_init(&s03, 0, 0);
    pthread_t t01, t02, t03;
    pthread_create(&t01, NULL, print01, NULL);
    pthread_create(&t02, NULL, print02, NULL);
    pthread_create(&t03, NULL, print03, NULL);
    pthread_join(t01, NULL);
    pthread_join(t02, NULL);
    pthread_join(t03, NULL);
    sem_destroy(&s01);
    sem_destroy(&s02);
    sem_destroy(&s03);
    return 0;
}

进程间

无名信号量

概述

无名信号量用于有血缘关系进程间的同步互斥。

mmap 创建无名信号量 ( 也可以通过别的方式 ) ：

#include <sys/mman.h>

#include <semaphore.h>

//MAP_ANONYMOUS 匿名映射 ( 映射没有任何文件支持；其内容被初始化为零。 ) -1 不需要文件描述符

sem_t *sem = mmap(NULL,sizeof(sem_t), PROT_READ|PROT_WRITE,

MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);

有血缘进程的互斥 : 案例 1

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h> //信号量
#include <sys/mman.h>  //mmap
#include <sys/wait.h>  //wait
void print_string(void *str)
{
    char *p = (char *)str;
    int i = 0;
    while (p[i] != '\0')
    {
        printf("%c", p[i++]);
        fflush(stdout);
        sleep(1);
    }
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 创建无名信号量
    //  MAP_ANONYMOUS匿名映射 -1不需要文件描述符
    sem_t *sem = mmap(NULL, sizeof(sem_t), PROT_READ | PROT_WRITE,
                      MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    // 初始化信号量 1表示作用于进程 1初始值
    sem_init(sem, 1, 1);
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) // 子进程
    {
        // p 操作
        sem_wait(sem);
        print_string("ni hao");
        // V 操作
        sem_post(sem);
        _exit(-1);
    }
    else if (pid > 0) // 父进程
    {
        // p 操作
        sem_wait(sem);
        print_string("hello world");
        // V 操作
        sem_post(sem);
        wait(NULL);
    }
    // 销毁信号量
    sem_destroy(sem);
    return 0;
}

有血缘进程间互斥 : 案例 2

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/mman.h>
void printStr(char *str)
{
    int i = 0;
    while (str[i] != '\0')
    {
        printf("%c\n", str[i]);
        fflush(stdout);
        i++;
        sleep(1);
    }
    printf("\n");
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 通过mmap(磁盘映射)创建有缘信号量
    sem_t *sem = (sem_t *)mmap(NULL,                       // 映射区域地址,给NULL内核会自己选择合适的区域 
    sizeof(sem_t),         // 映射区域大学
    PROT_READ | PROT_WRITE,     // 权限:可读,可写
    MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1,       // 文件标识符,当标志位有MAP_ANONYMOUS,文件标识符必须为-1
     0);                         // 偏移量
    // 初始化信号量
    // 1参:要初始化的信号量指针
    // 2参:0线程间共享,非0进程间共享
    // 3参:信号量初始值
    sem_init(sem, 1, 1);
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 2; i++)
    {
        pid_t pid = fork();
        if (pid == 0)
        {
            printf("进程%d被创建了\n", getpid());
            break;
        }
    }
    if (i == 0)
    {
        // 子进程1
        // p操作,信号量-1
        sem_wait(sem);
        printStr("hello");
        sem_post(sem);
        _exit(-1);
    }
    else if (i == 1)
    {
        // 子进程2
        sem_wait(sem);
        printStr("c++");
        sem_post(sem);
        _exit(-1);
    }
    else if (i == 2)
    {
        // 父进程
        while (1)
        {
            //-1,等待任意子进程结束回收,
            // WNOHANG:不阻塞
            // 返回值:被回收的子进程id
            pid_t pid = waitpid(-1, NULL, WNOHANG);
            if (pid > 1)
            {
                printf("进程%d,被回收了\n", pid);
            }
            else if (pid == 0)
            {
                // 当pid为0说明当前并没有回收到子进程,还有子进程在运行
                continue;
            }
            else if (pid < 0)
            {
                // 当pid小于0说明当前父进程中已经没有子进程了
                break;
            }
        }
        // 销毁信号量
        sem_destroy(sem);
    }
    getchar();
    return 0;
}

有血缘进程间同步

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h> //信号量
#include <sys/mman.h>  //mmap
#include <sys/wait.h>  //wait
void print_string(void *str)
{
    char *p = (char *)str;
    int i = 0;
    while (p[i] != '\0')
    {
        printf("%c", p[i++]);
        fflush(stdout);
        sleep(1);
    }
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 创建无名信号量
    //  MAP_ANONYMOUS匿名映射 -1不需要文件描述符
    sem_t *sem1 = (sem_t *)mmap(NULL, sizeof(sem_t), PROT_READ | PROT_WRITE,
                                MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    sem_t *sem2 = (sem_t *)mmap(NULL, sizeof(sem_t), PROT_READ | PROT_WRITE,
                                MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    // 初始化信号量 1表示作用于进程 1初始值
    sem_init(sem1, 1, 1);
    sem_init(sem2, 1, 0);
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) // 子进程
    {
        // p 操作
        sem_wait(sem1);
        print_string("ni hao");
        // V 操作
        sem_post(sem2);
        _exit(-1);
    }
    else if (pid > 0) // 父进程
    {
        // p 操作
        sem_wait(sem2);
        print_string("hello world");
        // V 操作
        sem_post(sem1);
        wait(NULL);
    }
    // 销毁信号量
    sem_destroy(sem1);
    sem_destroy(sem2);
    return 0;
}