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了解并学习Linux多线程编程

2019年10月12日 文章来源:网络整理 热度:153℃ 作者:刘英

  信号量和互斥锁的区别

  互斥量用于线程的互斥,信号量用于线程的同步。

  这是互斥量和信号量的根本区别,也就是互斥和同步之间的区别。

  互斥:是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问,具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序,即访问是无序的。

  同步:是指在互斥的基础上(大多数情况),通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下,同步已经实现了互斥,特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源

  互斥量值只能为0/1,信号量值可以为非负整数。

  也就是说,一个互斥量只能用于一个资源的互斥访问,它不能实现多个资源的多线程互斥问题。信号量可以实现多个同类资源的多线程互斥和同步。当信号量为单值信号量是,也可以完成一个资源的互斥访问。

  互斥量的加锁和解锁必须由同一线程分别对应使用,信号量可以由一个线程释放,另一个线程得到。

  读者优先

  使用互斥锁来确保同一时间只能一个进程写文件,实现互斥。使用信号量来实现访问资源的同步。

  首先,写者的代码应该是这样一种形式,才能保证同一时刻只有一个写者修改数据。

  考虑到写者对读者的影响是:当任何读者想读时,写者都必须被阻塞;并且,读者阻塞了写者并停止阻塞之前,后续的任何写者都会读者优先于执行。这就如同有一个读者队列,当第一个读者入队时,写者完全被阻塞,直到最后一个读者离开队列。

  据此,可以用 readerCnt来统计读者的数量,而用信号量 sem_read来互斥各线程对 readerCnt的访问。

  /*

  * 多线程,读者优先

  */

  #include “stdio.h”

  #include

  #include

  #include

  #define N_WRITER 30 //写者数目

  #define N_READER 5 //读者数目

  #define W_SLEEP 1 //控制写频率

  #define R_SLEEP 1 //控制读频率

  pthread_t wid[N_WRITER],rid[N_READER];

  pthread_mutex_t mutex_write;//同一时间只能一个人写文件,互斥

  sem_t sem_read;//同一时间只能有一个人访问 readerCnt

  int data = 0;

  int readerCnt = 0;

  void write()

  {

  int rd = rand();

  printf(“write %d\n”,rd);

  data = rd;

  }

  void read()

  {

  printf(“read %d\n”,data);

  }

  void * writer(void * in)

  {

  // while(1)

  // {

  pthread_mutex_lock(&mutex_write);

  printf(“写线程id%d进入数据集\n”,pthread_self());

  write();

  printf(“写线程id%d退出数据集\n”,pthread_self());

  pthread_mutex_unlock(&mutex_write);

  sleep(W_SLEEP);

  // }

  pthread_exit((void *) 0);

  }

  void * reader (void * in)

  {

  // while(1)

  // {

  sem_wait(&sem_read);

  readerCnt++;

  if(readerCnt == 1){

  pthread_mutex_lock(&mutex_write);

  }

  sem_post(&sem_read);

  printf(“读线程id%d进入数据集\n”,pthread_self());

  read();

  printf(“读线程id%d退出数据集\n”,pthread_self());

  sem_wait(&sem_read);

  readerCnt--;

  if(readerCnt == 0){

  pthread_mutex_unlock(&mutex_write);

  }

  sem_post(&sem_read);

  sleep(R_SLEEP);

  // }

  pthread_exit((void *) 0);

  }

  int main()

  {

  printf(“多线程,读者优先\n”);

  pthread_mutex_init(&mutex_write,NULL);

  sem_init(&sem_read,0,1);

  int i = 0;

  for(i = 0; i 《 N_WRITER; i++)

  {

  pthread_create(&wid[i],NULL,writer,NULL);

  }

  for(i = 0; i 《 N_READER; i++)

  {

  pthread_create(&rid[i],NULL,reader,NULL);

  }

  sleep(1);

  return 0;

  }

  读者优先

  为了更明显的看到效果,在main函数中创建了20个写者和5个读者。注意编译时要加上-lpthread指定库。

  

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  写者优先

  写者优先与读者优先的不同是:如果读者来,有写者等待,但有其他读者正在读,新读者等。

  使用两个互斥锁mutex_write,mutex_read和两个信号量sem_read,sem_write来确保访问资源的互斥和同步。

  #include “stdio.h”

  #include

  #include

  #include

  #define N_WRITER 5 //写者数目

  #define N_READER 20 //读者数目

  #define W_SLEEP 1 //控制写频率

  #define R_SLEEP 0.5 //控制读频率

  pthread_t wid[N_WRITER],rid[N_READER];

  int data = 0;

  int readerCnt = 0, writerCnt = 0;

  pthread_mutex_t sem_read;

  pthread_mutex_t sem_write;

  pthread_mutex_t mutex_write;

  pthread_mutex_t mutex_read;

  void write()

  {

  int rd = rand();

  printf(“write %d\n”,rd);

  data = rd;

  }

  void read()

  {

  printf(“read %d\n”,data);

  }

  void * writer(void * in)

  {

  // while(1)

  // {

  sem_wait(&sem_write);

  {//临界区,希望修改 writerCnt,独占 writerCnt

  writerCnt++;

  if(writerCnt == 1){

  //阻止后续的读者加入待读队列

  pthread_mutex_lock(&mutex_read);

  }

  }

  sem_post(&sem_write);

  pthread_mutex_lock(&mutex_write);

  {//临界区,限制只有一个写者修改数据

  printf(“写线程id%d进入数据集\n”,pthread_self());

  write();

  printf(“写线程id%d退出数据集\n”,pthread_self());

  }

  pthread_mutex_unlock(&mutex_write);

  sem_wait(&sem_write);

  {//临界区,希望修改 writerCnt,独占 writerCnt

  writerCnt--;

  if(writerCnt == 0){

  //阻止后续的读者加入待读队列

  pthread_mutex_unlock(&mutex_read);

  }

  }

  sem_post(&sem_write);

  sleep(W_SLEEP);

  // }

  pthread_exit((void *) 0);

  }

  void * reader (void * in)

  {

  // while(1)

  // {

  //假如写者锁定了mutex_read,那么成千上万的读者被锁在这里

  pthread_mutex_lock(&mutex_read);//只被一个读者占有

  {//临界区

  sem_wait(&sem_read);//代码段 1

  {//临界区

  readerCnt++;

  if(readerCnt == 1){

  pthread_mutex_lock(&mutex_write);

  }

  }

  sem_post(&sem_read);

  }

  pthread_mutex_unlock(&mutex_read);//释放时,写者将优先获得mutex_read

  printf(“读线程id%d进入数据集\n”,pthread_self());

  read();

  printf(“读线程id%d退出数据集\n”,pthread_self());

  sem_wait(&sem_read);//代码段2

  {//临界区

  readerCnt--;

  if(readerCnt == 0){

  pthread_mutex_unlock(&mutex_write);//在最后一个并发读者读完这里开始禁止写者执行写操作

  }

  }

  sem_post(&sem_read);

  sleep(R_SLEEP);

  // }

  pthread_exit((void *) 0);

  }

  int main()

  {

  printf(“多线程,写者优先\n”);

  pthread_mutex_init(&mutex_write,NULL);

  pthread_mutex_init(&mutex_read,NULL);

  sem_init(&sem_write,0,1);

  sem_init(&sem_read,0,1);

  int i = 0;

  for(i = 0; i 《 N_READER; i++)

  {

  pthread_create(&rid[i],NULL,reader,NULL);

  }

  for(i = 0; i 《 N_WRITER; i++)

  {

  pthread_create(&wid[i],NULL,writer,NULL);

  }

  sleep(1);

  return 0;

  }

  写者优先

  

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