同步与互斥

简介
1. 多线程共享一个进程的地址空间,多线程间通信容易进行,但是多线程同时访问共享对象时需要引入同步和互斥机制.
2. 同一个进程的线程共享进程内的绝大部分资源,当一段访问这些共享资源的代码块,有可能被多个线程执行,那么这块代码就被叫做临界区.
3. 当有多个线程并发的在临界区执行时,程序的执行结果会出现不确定性,这种情况被叫做静态条件.

谈到linux的并发，必然涉及到线程之间的同步和互斥，Linux主要为我们提供了几种实现线程间同步互斥的机制，本文主要介绍互斥锁，条件变量和信号量。互斥锁和条件变量包含在pthread线程库中，使用时需要包含

            pthread_mutex_lock(&mutex); 
               while( a<b ) 
            pthread_cond_wait(&cond,&mutex); 
            pthread_mutex_unlock(&mutex);

调用线程应该在它测试或调用pthread_cond_wait之前获得一个互斥量，以避免在测试条件的时候有其他线程改写条件中变量的值。pthread_cond_wait函数中第二个参数是一个互斥量类型的指针，线程在调用
pthread_cond_wait后会隐式的原子地释放mutex互斥量并阻塞，允许其他线程获得互斥量并修改断言中
的变量。当线程成功的从pthread_cond_wait中返回时，它就再次拥有了互斥量，并且不用显式的重新获
得互斥量。
当其他线程修改了断言中变量的值后可以调用pthread_cond_signal函数来唤醒一个等待在某个断言成真的线程。也可以使用pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t*)函数来唤醒所有等待在某个条件变量上的线程。在修改断言中出现的任一变量之前要获得互斥量。示例代码如下：

            pthread_mutex_lock(&mutex); 
            a++; 
            pthread_cond_signal(&cond);//pthread_cond_broadcast(&cond); 
            pthread_mutex_unlock(&mutex);

3.信号量
信号量是一个整型变量，它带有两个原子操作wait和signal。wait操作还可以被称为down、P操作。signal操作还可以被称为up、V、post操作。
如果S大于0，wait操作就在一个原子操作中对其进行减量运算。如果S等于0，wait操作就就在一个原子操作中测试S，阻塞调用程序，将调用程序放入wait的等待队列中。
如果有线程在信号量上阻塞，则S必然等于0，signal操作就会解除对某一个等待线程的阻塞。如果S大于0，即没有线程阻塞在信号量上，signal就对S进行增量操作。
可以把信号量理解为临界区中资源的可用数量，wait表示对资源的申请，当没有可用资源时信号量为0，signal 表示线程使用资源后，对资源的释放。

下面介绍几种通过信号量来控制线程按某种顺序执行的方法：
1.线程1中a先于线程2中b执行[S初始话为0]

 Process 1: 
            a; 
            signal(&S); 
 Process 2: 
            wait(&S); 
            b;

2.线程1中a于线程2中b语句交替执行[S,Q初始化为1] 
  Process 1: 
            while(1){ 
            wait(&S); 
            a; 
            signal(&Q); 
            } 
  Process 2: 
            while(1){ 
            wait(&Q); 
            b; 
            signal(&S); 
            } 
可通过让S为0Q为1，或让S为1Q为0，来保证让a或b先执行。 
需要注意的是，为了避免申请多个资源发生死锁，应按照相同的顺序申请资源


linux中信号量有无名信号量和命名信号量之分，无名信号量可用于线程之间的同步和互斥，命名信号量可用 
于进程间的通信，命名信号量与命名管道相似，以文件的形式存储于磁盘上。

无名信号量：
类型声明： sem_t sem;
初始化： int sem_init(sem_t* sem,int pshared,int value);
参数pshared为0，表示信号量只能由初始化这个信号量的进程中的线程使用。
value表示要将sem初始化的值。value不能为负。
操作：
int sem_post(sem_t* sem);//signal操作
int sem_wait(sem_t* sem);//wait操作
销毁：
int sem_destroy(sem_t* sem);
使用方法：
通常先由主线程调用sem_init对信号量进行初始化。然后在其他线程中调用post或wait函数。示例代码如下：
static sem_t sem;
sem_init(&sem,0,1);
sem_wait(&sem);
/critical section/
sem_post(&sem);

命名信号量：
类型声明： semt sem;
初始化：
sem_t* sem_open(const char* name,int oflag,…);
参数oflag用来确定是创建信号量，还是仅仅由函数对其访问。若oflag中的O_CREAT比特位被设置，则需要另外两个参数，mode_t mode为文件权限,unsigned value为信号量值。
关闭： int sem_close(sem_t* sem);
删除： int sem_unlink(sem_t* sem);
操作方式与无名信号量相同。

同步与互斥

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