http://blog.csdn.net/jnu_simba/article/details/9123603

一、posix 信號量

信號量的概念參見這里。前面也講過system v 信號量，現在來說說posix 信號量。

system v 信號量只能用于進程間同步，而posix 信號量除了可以進程間同步，還可以線程間同步。system v 信號量每次PV操作可以是N，但Posix 信號量每次PV只能是1。除此之外，posix 信號量還有命名和匿名之分（man 7 sem_overview）：

1、命名信號量

名字以/somename 形式分辨，只能有一個/ ，且總長不能超過NAME_MAX - 4（一般是251）。

需要用sem_open 函數創建或打開，PV操作分別是sem_wait 和 sem_post，可以使用sem_close 關閉，刪除用sem_unlink。

命名信號量用于不共享內存的進程間同步（內核實現），類似system v 信號量。

2、匿名信號量

存放在一塊共享內存中，如果是線程共享，這塊區域可以是全局變量；如果是進程共享，可以是system v 共享內存（shmget 創建，shmat 映射），也可以是 posix 共享內存（shm_open 創建，mmap 映射）。

匿名信號量必須用sem_init 初始化，sem_init 函數其中一個參數pshared決定了線程共享還是進程共享，也可以用sem_post 和sem_wait 進行操作，在共享內存釋放前，匿名信號量要先用sem_destroy 銷毀。

有關這些函數的具體參數可以man 一下。

二、互斥鎖

對于多線程的程序，訪問沖突的問題是很普遍的，解決的辦法是引入互斥鎖（Mutex，MutualExclusive Lock），獲得鎖的線程可以完成“讀-修改-寫”的操作，然后釋放鎖給其它線程，沒有獲得鎖的線程只能等待而不能訪問共享數據，這樣“讀-修改-寫”三步操作組成一個原子操作，要么都執行，要么都不執行，不會執行到中間被打斷，也不會在其它處理器上并行做這個操作。

Mutex用pthread_mutex_t類型的變量表示，pthread_mutex_init函數對Mutex做初始化，參數attr設定Mutex的屬性，如果attr為NULL則表示缺省屬性，具體看結構體：有人建議開發中總是設置 PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE 屬性，避免死鎖。

// 互斥量屬性: 同一線程可多次加鎖
pthread_mutexattr_t m_attr;
pthread_mutexattr_init(&m_attr);
pthread_mutexattr_settype(&m_attr, PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE);

C++ Code?

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struct?pthread_mutexattr_t { ????enum?lock_type????//?使用pthread_mutexattr_settype來更改 ????{ ?????????PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP?[default]//當一個線程加鎖后，其余請求鎖的線程形成等待隊列，在解鎖后按優先級獲得鎖。 ?????????PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP???????//?動作最簡單的鎖類型，解鎖后所有線程重新競爭。 ?????????PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP??????//?允許同一線程對同一鎖成功獲得多次。當然也要解鎖多次。其余線程在解鎖時重新競爭。 ?????????PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP?????//?若同一線程請求同一鎖，返回EDEADLK，否則與PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP動作相同。 ????}?type; }?attr;

用pthread_mutex_init函數初始化的Mutex可以用pthread_mutex_destroy銷毀。如果Mutex變量是靜態分配的（全局變量或static變量），也可以用宏定義PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER來初始化，相當于用pthread_mutex_init初始化并且attr參數為NULL。

一個線程可以調用pthread_mutex_lock獲得Mutex，如果這時另一個線程已經調用pthread_mutex_lock獲得了該Mutex，則當前線程需要掛起等待，直到另一個線程調用pthread_mutex_unlock釋放Mutex，當前線程被喚醒，才能獲得該Mutex并繼續執行。

如果一個線程既想獲得鎖，又不想掛起等待，可以調用pthread_mutex_trylock，如果Mutex已經被另一個線程獲得，這個函數會失敗返回EBUSY，而不會使線程掛起等待。

上面的具體函數可以man 一下。

三、生產者消費者問題

生產者消費者問題概念參見這里。下面使用posix 信號量和互斥鎖一起來演示：

C++ Code?

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#include?<unistd.h> #include?<sys/types.h> #include?<pthread.h> #include?<semaphore.h> #include?<stdlib.h> #include?<stdio.h> #include?<errno.h> #include?<string.h> #define?ERR_EXIT(m)?\ ????????do?\ ????????{?\ ????????????????perror(m);?\ ????????????????exit(EXIT_FAILURE);?\ ????????}?while(0) #define?CONSUMERS_COUNT?1 #define?PRODUCERS_COUNT?1 #define?BUFFSIZE?10 int?g_buffer[BUFFSIZE]; unsigned?short?in?=?0; unsigned?short?out?=?0; unsigned?short?produce_id?=?0; unsigned?short?consume_id?=?0; sem_t?g_sem_full; sem_t?g_sem_empty; pthread_mutex_t?g_mutex; pthread_t?g_thread[CONSUMERS_COUNT?+?PRODUCERS_COUNT]; void?*consume(void?*arg) { ????int?i; ????int?num?=?(int)arg; ????while?(1) ????{ ????????printf("%d?wait?buffer?not?empty\n",?num); ????????sem_wait(&g_sem_empty); ????????pthread_mutex_lock(&g_mutex); ????????for?(i?=?0;?i?<?BUFFSIZE;?i++) ????????{ ????????????printf("%02d?",?i); ????????????if?(g_buffer[i]?==?-1) ????????????????printf("%s",?"null"); ????????????else ????????????????printf("%d",?g_buffer[i]); ????????????if?(i?==?out) ????????????????printf("\t<--consume"); ????????????printf("\n"); ????????} ????????consume_id?=?g_buffer[out]; ????????printf("%d?begin?consume?product?%d\n",?num,?consume_id); ????????g_buffer[out]?=?-1; ????????out?=?(out?+?1)?%?BUFFSIZE; ????????printf("%d?end?consume?product?%d\n",?num,?consume_id); ????????pthread_mutex_unlock(&g_mutex); ????????sem_post(&g_sem_full); ????????sleep(1); ????} ????return?NULL; } void?*produce(void?*arg) { ????int?num?=?(int)arg; ????int?i; ????while?(1) ????{ ????????printf("%d?wait?buffer?not?full\n",?num); ????????sem_wait(&g_sem_full); ????????pthread_mutex_lock(&g_mutex); ????????for?(i?=?0;?i?<?BUFFSIZE;?i++) ????????{ ????????????printf("%02d?",?i); ????????????if?(g_buffer[i]?==?-1) ????????????????printf("%s",?"null"); ????????????else ????????????????printf("%d",?g_buffer[i]); ????????????if?(i?==?in) ????????????????printf("\t<--produce"); ????????????printf("\n"); ????????} ????????printf("%d?begin?produce?product?%d\n",?num,?produce_id); ????????g_buffer[in]?=?produce_id; ????????in?=?(in?+?1)?%?BUFFSIZE; ????????printf("%d?end?produce?product?%d\n",?num,?produce_id++); ????????pthread_mutex_unlock(&g_mutex); ????????sem_post(&g_sem_empty); ????????sleep(5); ????} ????return?NULL; } int?main(void) { ????int?i; ????for?(i?=?0;?i?<?BUFFSIZE;?i++) ????????g_buffer[i]?=?-1; ????sem_init(&g_sem_full,?0,?BUFFSIZE); ????sem_init(&g_sem_empty,?0,?0); ????pthread_mutex_init(&g_mutex,?NULL); ????for?(i?=?0;?i?<?CONSUMERS_COUNT;?i++) ????????pthread_create(&g_thread[i],?NULL,?consume,?(void?*)i); ????for?(i?=?0;?i?<?PRODUCERS_COUNT;?i++) ????????pthread_create(&g_thread[CONSUMERS_COUNT?+?i],?NULL,?produce,?(void?*)i); ????for?(i?=?0;?i?<?CONSUMERS_COUNT?+?PRODUCERS_COUNT;?i++) ????????pthread_join(g_thread[i],?NULL); ????sem_destroy(&g_sem_full); ????sem_destroy(&g_sem_empty); ????pthread_mutex_destroy(&g_mutex); ????return?0; }

與這里的程序相比，程序邏輯沒太大變化，只是用pthread_mutex_lock 替代了 sem_mutex，其次這里是演示線程間同步，現在上述程序生產者消費者各一個線程，但生產者睡眠時間是消費者的5倍，故消費者會經常阻塞在sem_wait(&g_sem_empty) 上面，因為緩沖區經常為空，可以將PRODUCTORS_COUNT 改成5，即有5個生產者線程和1個消費者線程，而且生產者睡眠時間還是消費者的5倍，從動態輸出可以看出，基本上就動態平衡了，即5個生產者一下子生產了5份東西，消費者1s消費1份，剛好在生產者繼續生產前消費完。

四、自旋鎖和讀寫鎖簡介

（一）、自旋鎖

自旋鎖類似于互斥鎖，它的性能比互斥鎖更高。
自旋鎖與互斥鎖很重要的一個區別在于，線程在申請自旋鎖的時候，線程不會被掛起，它處于忙等待的狀態，一般用于等待時間比較短的情形。
pthread_spin_init
pthread_spin_destroy
pthread_spin_lock
pthread_spin_unlock

（二）、讀寫鎖

1、只要沒有線程持有給定的讀寫鎖用于寫，那么任意數目的線程可以持有讀寫鎖用于讀
2、僅當沒有線程持有某個給定的讀寫鎖用于讀或用于寫時，才能分配讀寫鎖用于寫
3、讀寫鎖用于讀稱為共享鎖，讀寫鎖用于寫稱為排它鎖
pthread_rwlock_init
pthread_rwlock_destroy
int pthread_rwlock_rdlock
int pthread_rwlock_wrlock
int pthread_rwlock_unlock

更多有關linux中的鎖問題可以參考這篇文章 ：《透過Linux內核看無鎖編程》

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-lockfree/

參考：

《linux c 編程一站式學習》

《UNP》

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux网络编程之posix 线程（三）：posix 匿名信号量与互斥锁 示例生产者--消费者问题的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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