【Linux C编程】第十五章 线程同步
一、整体大纲
二、线程同步
1. 同步概念
所谓同步，即同时起步，协调一致。不同的对象，对“同步”的理解方式略有不同。如，设备同步，是指在两个设备之间规定一个共同的时间参考；数据库同步，是指让两个或多个数据库内容保持一
致，或者按需要部分保持一致；文件同步，是指让两个或多个文件夹里的文件保持一致等等。
而编程中、通信中所说的同步与生活中大家印象中的同步概念略有差异。“同”字应是指协同、协助、互相配合。主旨在协同步调，按预定的先后次序运行。
2. 线程同步
（1）线程同步概念
同步即协同步调，按预定的先后次序运行。
线程同步，指一个线程发出某一功能调用时，在没有得到结果之前，该调用不返回。同时其它线程为保证数据一致性，不能调用该功能。
举例1： 银行存款 5000。柜台，折：取3000；提款机，卡：取 3000。剩余：2000
举例2： 内存中100字节，线程T1欲填入全1， 线程T2欲填入全0。但如果T1执行了50个字节失去cpu，T2执行，会将T1写过的内容覆盖。当T1再次获得cpu继续 从失去cpu的位置向后写入1，当执
行结束，内存中的100字节，既不是全1，也不是全0。
产生的现象叫做“与时间有关的错误”(time related)。为了避免这种数据混乱，线程需要同步。
“同步”的目的，是为了避免数据混乱，解决与时间有关的错误。实际上，不仅线程间需要同步，进程间、信号间等等都需要同步机制。
因此，所有“多个控制流，共同操作一个共享资源”的情况，都需要同步。
（2）数据混乱原因
1）资源共享（独享资源则不会）
2）调度随机（意味着数据访问会出现竞争）
3）线程间缺乏必要的同步机制。
以上3点中，前两点不能改变，欲提高效率，传递数据，资源必须共享。只要共享资源，就一定会出现竞争。只要存在竞争关系，数据就很容易出现混乱。
所以只能从第三点着手解决。使多个线程在访问共享资源的时候，出现互斥。
3. 实现线程同步
（1）互斥量mutex
Linux中提供一把互斥锁mutex（也称之为互斥量）。
每个线程在对资源操作前都尝试先加锁，成功加锁才能操作，操作结束解锁。
资源还是共享的，线程间也还是竞争的，
但通过“锁”就将资源的访问变成互斥操作，而后与时间有关的错误也不会再产生了。
但应注意：同一时刻，只能有一个线程持有该锁。
当A线程对某个全局变量加锁访问，B在访问前尝试加锁，拿不到锁，B阻塞。C线程不去加锁，而直接访问该全局变量，依然能够访问，但会出现数据混乱。
所以，互斥锁实质上是操作系统提供的一把“建议锁”（又称“协同锁”），建议程序中有多线程访问共享资源的时候使用该机制。但，并没有强制限定。
因此，即使有了mutex，如果有线程不按规则来访问数据，依然会造成数据混乱。
1）主要函数
pthread_mutex_init函数
pthread_mutex_destroy函数
pthread_mutex_lock函数
pthread_mutex_trylock函数
pthread_mutex_unlock函数
以上5个函数的返回值都是：成功返回0， 失败返回错误号。
pthread_mutex_t 类型，其本质是一个结构体。为简化理解，应用时可忽略其实现细节，简单当成整数看待。
pthread_mutex_t mutex; 变量mutex只有两种取值1、0。- pthread_mutex_init函数
初始化一个互斥锁(互斥量) ---> 初值可看作1
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);参1：传出参数，调用时应传 &mutex
restrict关键字：只用于限制指针，告诉编译器，所有修改该指针指向内存中内容的操作，只能通过本指针完成。不能通过除本指针以外的其他变量或指针修改。
参2：互斥量属性。是一个传入参数，通常传NULL，选用默认属性(线程间共享)。 参APUE.12.4同步属性
静态初始化：如果互斥锁 mutex 是静态分配的（定义在全局，或加了static关键字修饰），可以直接使用宏进行初始化。e.g. pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
动态初始化：局部变量应采用动态初始化。e.g. pthread_mutex_init(&mutex, NULL)
- pthread_mutex_destroy函数
销毁一个互斥锁
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);- pthread_mutex_lock函数
加锁。可理解为将 mutex--（或-1）
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);- pthread_mutex_unlock函数
解锁。可理解为将mutex ++（或+1）
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);- pthread_mutex_trylock函数
尝试加锁
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);2）加锁与解锁
lock与unlock：
lock尝试加锁，如果加锁不成功，线程阻塞，阻塞到持有该互斥量的其他线程解锁为止。
unlock主动解锁函数，同时将阻塞在该锁上的所有线程全部唤醒，至于哪个线程先被唤醒，取决于优先级、调度。默认：先阻塞、先唤醒。
例如：T1 T2 T3 T4 使用一把mutex锁。T1加锁成功，其他线程均阻塞，直至T1解锁。T1解锁后，T2 T3 T4均被唤醒，并自动再次尝试加锁。
可假想mutex锁 init成功初值为1。 lock 功能是将mutex--。 unlock将mutex++
lock与trylock：
lock加锁失败会阻塞，等待锁释放。
trylock加锁失败直接返回错误号（如：EBUSY），不阻塞。
trylock示例
1 #include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3 #include <pthread.h>
4 #include <string.h>
5
6 pthread_mutex_t mutex;
7
8 void *thr(void *arg)
9 {
10 while(1)
11 {
12 pthread_mutex_lock(&mutex);
13 printf("hello world\n");
14 sleep(30);
15 pthread_mutex_unlock(&mutex);
16 }
17
18 return NULL;
19 }
20
21 int main()
22 {
23 pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
24 pthread_t tid;
25 pthread_create(&tid, NULL, thr, NULL);
26
27 sleep(1);
28
29 while (1)
30 {
31 int ret = pthread_mutex_trylock(&mutex);
32 if (ret > 0)
33 {
34 printf("ret = %d, errmsg = %s\n", ret, strerror(ret));
35 }
36 sleep(1);
37 }
38
39 return 0;
40 }
3）加锁步骤测试
看如下程序：该程序是非常典型的，由于共享、竞争而没有加任何同步机制，导致产生于时间有关的错误，造成数据混乱：
多线程数据打印混乱
1 #include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3 #include <pthread.h>
4 #include <stdlib.h>
5
6 void *thr1(void *arg)
7 {
8 while(1)
9 {
10 printf("hello");
11 sleep(rand()%3);
12 printf("world\n");
13 sleep(rand()%3);
14 }
15 }
16
17 void *thr2(void *arg)
18 {
19 while(1)
20 {
21 printf("HELLO");
22 sleep(rand()%3);
23 printf("WORLD\n");
24 sleep(rand()%3);
25 }
26 }
27
28 int main()
29 {
30 pthread_t thr[2];
31 pthread_create(&thr[0], NULL, thr1, NULL);
32 pthread_create(&thr[1], NULL, thr2, NULL);
33
34 pthread_join(thr[0], NULL);
35 pthread_join(thr[1], NULL);
36
37 return 0;
38 }
练习：修改该程序，使用mutex互斥锁进行同步。
定义全局互斥量，初始化init(&m, NULL)互斥量，添加对应的destry
两个线程while中，两次printf前后，分别加lock和unlock
将unlock挪至第二个sleep后，发现交替现象很难出现。
线程在操作完共享资源后本应该立即解锁，但修改后，线程抱着锁睡眠。睡醒解锁后又立即加锁，这两个库函数本身不会阻塞。
所以在这两行代码之间失去cpu的概率很小。因此，另外一个线程很难得到加锁的机会。
bug修复版（加互斥锁）
1 #include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3 #include <pthread.h>
4 #include <stdlib.h>
5
6 pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
7
8 void *thr1(void *arg)
9 {
10 while(1)
11 {
12 //先上锁
13 pthread_mutex_lock(&mutex); //加锁当有线程已经枷锁的时候，阻塞
14 printf("hello");
15 sleep(rand()%3);
16 printf("world\n");
17 //sleep(rand()%3);
18 //解锁
19 pthread_mutex_unlock(&mutex);
20 sleep(rand()%3);
21 }
22 }
23
24 void *thr2(void *arg)
25 {
26 while(1)
27 {
28 //上锁
29 pthread_mutex_lock(&mutex);
30 printf("HELLO");
31 sleep(rand()%3);
32 printf("WORLD\n");
33 //sleep(rand()%3);
34 //解锁
35 pthread_mutex_unlock(&mutex);
36 sleep(rand()%3);
37 }
38 }
39
40 int main()
41 {
42 pthread_t thr[2];
43 pthread_create(&thr[0], NULL, thr1, NULL);
44 pthread_create(&thr[1], NULL, thr2, NULL);
45
46 pthread_join(thr[0], NULL);
47 pthread_join(thr[1], NULL);
48
49 return 0;
50 }
结论：
在访问共享资源前加锁，访问结束后立即解锁。锁的“粒度”应越小越好。
4）死锁
- 线程试图对同一个互斥量A加锁两次。
- 线程1拥有A锁，请求获得B锁；线程2拥有B锁，请求获得A锁
练习：编写程序，实现上述两种死锁现象。
（2）读写锁
1）概念
与互斥量类似，但读写锁允许更高的并行性。其特性为：写独占，读共享。
2）读写锁状态
一把读写锁具备三种状态：
a. 读模式下加锁状态 (读锁)
b. 写模式下加锁状态 (写锁)
c. 不加锁状态
3）读写锁特性
- 读写锁是“写模式加锁”时， 解锁前，所有对该锁加锁的线程都会被阻塞。
- 读写锁是“读模式加锁”时， 如果线程以读模式对其加锁会成功；如果线程以写模式加锁会阻塞。
- 读写锁是“读模式加锁”时， 既有试图以写模式加锁的线程，也有试图以读模式加锁的线程。那么读写锁会阻塞随后的读模式锁请求。优先满足写模式锁。读锁、写锁并行阻塞，写锁优先级高。
读写锁也叫共享-独占锁。当读写锁以读模式锁住时，它是以共享模式锁住的；当它以写模式锁住时，它是以独占模式锁住的。写独占、读共享。
读写锁非常适合于对数据结构读的次数远大于写的情况。
3）主要函数
pthread_rwlock_init函数
pthread_rwlock_destroy函数
pthread_rwlock_rdlock函数
pthread_rwlock_wrlock函数
pthread_rwlock_tryrdlock函数
pthread_rwlock_trywrlock函数
pthread_rwlock_unlock函数
以上7 个函数的返回值都是：成功返回0， 失败直接返回错误号。
pthread_rwlock_t类型 用于定义一个读写锁变量。
pthread_rwlock_t rwlock;- pthread_rwlock_init函数
初始化一把读写锁
int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);参2：attr表读写锁属性，通常使用默认属性，传NULL即可。
- pthread_rwlock_destroy函数
销毁一把读写锁
int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);- pthread_rwlock_rdlock函数
以读方式请求读写锁。（常简称为：请求读锁）
int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);- pthread_rwlock_wrlock函数
以写方式请求读写锁。（常简称为：请求写锁）
int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);- pthread_rwlock_unlock函数
解锁
int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);- pthread_rwlock_tryrdlock函数
非阻塞以读方式请求读写锁（非阻塞请求读锁）
int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);- pthread_rwlock_trywrlock函数
非阻塞以写方式请求读写锁（非阻塞请求写锁）
int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);4）读写锁示例
看如下示例，同时有多个线程对同一全局数据读、写操作。
读写锁示例
1 #include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3 #include <pthread.h>
4
5 int begin_num = 1000;
6 pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;
7
8 void *thr_write(void *arg)
9 {
10 while(1)
11 {
12 pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
13 printf("funcname = %s, self = %lu, begin_num = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), begin_num++);
14 usleep(2000); //模拟占用时间
15 pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
16 usleep(3000); //防止释放锁之后又去抢
17 }
18 }
19
20 void *thr_read(void *arg)
21 {
22 while(1)
23 {
24 pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
25 printf("funcname = %s, self = %lu, begin_num = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), begin_num);
26 usleep(2000); //模拟占用时间
27 pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
28 usleep(2000); //防止释放锁之后又去抢
29 }
30 }
31 int main()
32 {
33 int n = 8, i = 0;
34 pthread_t tid[8]; //5-read, 3-write
35 for (i = 0; i < 5; i++)
36 {
37 pthread_create(&tid[i], NULL, thr_read, NULL);
38 }
39
40 for (; i < n; i++)
41 {
42 pthread_create(&tid[i], NULL, thr_write, NULL);
43 }
44
45 for (i = 0; i < n; i++)
46 {
47 pthread_join(tid[i], NULL);
48 }
49
50 return 0;
51 }
读写锁场景练习：
a. 线程A加写锁成功，线程B请求读锁
线程B阻塞
b. 线程A持有读锁，线程B请求写锁
线程B阻塞
c. 线程A持有读锁，线程B请求读锁
B加锁成功
d. 线程A持有读锁，然后线程B请求写锁，然后线程C请求读锁
BC阻塞
A释放后，B加锁
B释放后，C加锁
e. 线程A持有写锁，然后线程B请求读锁，然后线程C请求写锁
BC阻塞
A释放，C加锁
C释放，B加锁
（3）条件变量
1）概念
条件变量本身不是锁！但它也可以造成线程阻塞。通常与互斥锁配合使用。给多线程提供一个会合的场所。
2）主要应用函数
pthread_cond_init函数
pthread_cond_destroy函数
pthread_cond_wait函数
pthread_cond_timedwait函数
pthread_cond_signal函数
pthread_cond_broadcast函数
以上6 个函数的返回值都是：成功返回0， 失败直接返回错误号。
pthread_cond_t类型 用于定义条件变量
pthread_cond_t cond;- pthread_cond_init函数
初始化一个条件变量
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);参2：attr表条件变量属性，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;- pthread_cond_destroy函数
销毁一个条件变量
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);- pthread_cond_wait函数
阻塞等待一个条件变量
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);函数作用：
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。
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);
- pthread_cond_timedwait函数
限时等待一个条件变量
int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);参3： 参看man sem_timedwait函数，查看struct timespec结构体。
struct timespec {
time_t tv_sec; /* seconds */ 秒
long tv_nsec; /* nanosecondes*/ 纳秒
}形参abstime：绝对时间。
如：time(NULL)返回的就是绝对时间。而alarm(1)是相对时间，相对当前时间定时1秒钟。
struct timespec t = {1, 0};
pthread_cond_timedwait (&cond, &mutex, &t); 只能定时到 1970年1月1日 00:00:01秒(早已经过去)
正确用法：
time_t cur = time(NULL); 获取当前时间。
struct timespec t; 定义timespec 结构体变量t
t.tv_sec = cur+1; 定时1秒
pthread_cond_timedwait (&cond, &mutex, &t); 传参 参APUE.11.6线程同步条件变量小节
在讲解setitimer函数时我们还提到另外一种时间类型：
struct timeval {
time_t tv_sec; /* seconds */ 秒
suseconds_t tv_usec; /* microseconds */ 微秒
};- pthread_cond_signal函数
唤醒至少一个阻塞在条件变量上的线程
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);- pthread_cond_broadcast函数
唤醒全部阻塞在条件变量上的线程
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);3）生产者消费者条件变量模型
线程同步典型的案例即为生产者消费者模型，而借助条件变量来实现这一模型，是比较常见的一种方法。假定有两个线程，一个模拟生产者行为，一个模拟消费者行为。两个线程同时操作一个共
享资源（一般称之为汇聚），生产向其中添加产品，消费者从中消费掉产品。
看如下示例，使用条件变量模拟生产者、消费者问题：
条件变量实现生产者消费者模型
1 #include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3 #include <pthread.h>
4 #include <stdlib.h>
5
6 int begin_num = 1000;
7
8 pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
9 pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
10
11 typedef struct _ProdInfo{
12 int num;
13 struct _ProdInfo *next;
14 }ProdInfo;
15
16 ProdInfo *Head = NULL;
17
18 void *thr_producter(void *arg)
19 {
20 //负责在链表添加数据
21 while(1)
22 {
23 ProdInfo *prod = malloc(sizeof(ProdInfo));
24 prod->num = begin_num++;
25 printf("funcname = %s, self = %lu, data = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), prod->num);
26
27 pthread_mutex_lock(&mutex);
28 //add to list
29 prod->next = Head;
30 Head = prod;
31 pthread_mutex_unlock(&mutex);
32
33 //发起通知
34 pthread_cond_signal(&cond);
35 sleep(rand()%3);
36 }
37
38 return NULL;
39 }
40
41 void *thr_consumer(void *arg)
42 {
43 ProdInfo *prod = NULL;
44
45 while(1)
46 {
47 //取链表的数据
48 pthread_mutex_lock(&mutex);
49 //if (Head == NULL)
50 while (Head == NULL)
51 {
52 pthread_cond_wait(&cond, &mutex); //在此之前必须先加锁
53 }
54 prod = Head;
55 Head = Head->next;
56 printf("funcname = %s, self = %lu, data = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), prod->num);
57 pthread_mutex_unlock(&mutex);
58 sleep(rand()%3);
59 free(prod);
60 }
61
62 return NULL;
63 }
64
65 int main()
66 {
67 pthread_t tid[3];
68 pthread_create(&tid[0], NULL, thr_producter, NULL);
69 pthread_create(&tid[1], NULL, thr_consumer, NULL);
70 pthread_create(&tid[2], NULL, thr_consumer, NULL);
71
72 pthread_join(tid[0], NULL);
73 pthread_join(tid[1], NULL);
74 pthread_join(tid[2], NULL);
75
76 pthread_mutex_destroy(&mutex);
77 pthread_cond_destroy(&cond);
78
79 return 0;
80 }
4）条件变量的优点
相较于mutex而言，条件变量可以减少竞争。
如直接使用mutex，除了生产者、消费者之间要竞争互斥量以外，消费者之间也需要竞争互斥量，但如果汇聚（链表）中没有数据，消费者之间竞争互斥锁是无意义的。有了条件变量机制以后，只有
生产者完成生产，才会引起消费者之间的竞争。提高了程序效率。
（4）信号量
1）概念
进化版的互斥锁（1 --> N）
由于互斥锁的粒度比较大，如果我们希望在多个线程间对某一对象的部分数据进行共享，使用互斥锁是没有办法实现的，只能将整个数据对象锁住。这样虽然达到了多线程操作共享数据时保证数
据正确性的目的，却无形中导致线程的并发性下降。线程从并行执行，变成了串行执行。与直接使用单进程无异。
信号量，是相对折中的一种处理方式，既能保证同步，数据不混乱，又能提高线程并发。
2）主要应用函数
sem_init函数
sem_destroy函数
sem_wait函数
sem_trywait函数
sem_timedwait函数
sem_post函数
以上6 个函数的返回值都是：成功返回0， 失败返回-1，同时设置errno。(注意，它们没有pthread前缀)
sem_t类型，本质仍是结构体。但应用期间可简单看作为整数，忽略实现细节（类似于使用文件描述符）。
sem_t sem; 规定信号量sem不能 < 0。头文件 <semaphore.h>信号量基本操作：
sem_wait:
a. 信号量大于0，则信号量-- （类比pthread_mutex_lock）
b. 信号量等于0，造成线程阻塞
对应 ->
sem_post： 将信号量++，同时唤醒阻塞在信号量上的线程 （类比pthread_mutex_unlock）
但由于sem_t的实现对用户隐藏，所以所谓的++、--操作只能通过函数来实现，而不能直接++、--符号。
信号量的初值，决定了占用信号量的线程的个数。
- sem_init函数
初始化一个信号量
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);参1：sem信号量
参2：pshared取0用于线程间；取非0（一般为1）用于进程间
参3：value指定信号量初值
- sem_destroy函数
销毁一个信号量
int sem_destroy(sem_t *sem);- sem_wait函数
给信号量加锁 --
int sem_wait(sem_t *sem);- sem_post函数
给信号量解锁 ++
int sem_post(sem_t *sem);- sem_trywait函数
尝试对信号量加锁 -- (与sem_wait的区别类比lock和trylock)
int sem_trywait(sem_t *sem);- sem_timedwait函数
限时尝试对信号量加锁 --
int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);参2：abs_timeout采用的是绝对时间。
定时1秒：
time_t cur = time(NULL); 获取当前时间。
struct timespec t; 定义timespec 结构体变量t
t.tv_sec = cur+1; 定时1秒
t.tv_nsec = t.tv_sec +100;
sem_timedwait(&sem, &t); 传参3）生产者消费者信号量模型
使用信号量完成线程间同步，模拟生产者，消费者问题。
信号量实现生产者消费者模型
1 #include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3 #include <pthread.h>
4 #include <semaphore.h>
5 #include <stdlib.h>
6
7 //blank -- 生产者
8 //xfull -- 消费者
9 sem_t blank, xfull;
10 #define _SEM_CNT_ 5
11
12 int queue[_SEM_CNT_]; //存放生产者数据
13 int begin_num = 100;
14
15 void *thr_producter(void *arg)
16 {
17 int i = 0;
18 while(1)
19 {
20 sem_wait(&blank); //申请资源 blank--
21 printf("funcname = %s, self = %lu, num = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), begin_num);
22 queue[(i++)%_SEM_CNT_] = begin_num++;
23 sem_post(&xfull); //xfull++
24 sleep(rand()%3);
25 }
26
27 return NULL;
28 }
29 void *thr_consumer(void *arg)
30 {
31 int i = 0;
32 int num = 0;
33 while(1)
34 {
35 sem_wait(&xfull);
36 num = queue[(i++)%_SEM_CNT_];
37 printf("funcname = %s, self = %lu, num = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), num);
38 sem_post(&blank);
39 sleep(rand()%3);
40 }
41
42 return NULL;
43 }
44
45 int main()
46 {
47 sem_init(&blank, 0, _SEM_CNT_);
48 sem_init(&xfull, 0, 0); //消费者一开始初始化，默认没有产品
49
50 pthread_t tid[2];
51 pthread_create(&tid[0], NULL, thr_producter, NULL);
52 pthread_create(&tid[1], NULL, thr_consumer, NULL);
53
54 pthread_join(tid[0], NULL);
55 pthread_join(tid[1], NULL);
56
57 sem_destroy(&blank);
58 sem_destroy(&xfull);
59
60 return 0;
61 }
（5）进程间同步
互斥量mutex
进程间也可以使用互斥锁，来达到同步的目的。但应在pthread_mutex_init初始化之前，修改其属性为进程间共享。mutex的属性修改函数主要有以下几个。
主要应用函数：
pthread_mutexattr_t mattr 类型： 用于定义mutex锁的【属性】
pthread_mutexattr_init函数： 初始化一个mutex属性对象
int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);
pthread_mutexattr_destroy函数： 销毁mutex属性对象 (而非销毁锁)
int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);
pthread_mutexattr_setpshared函数： 修改mutex属性。
int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr, int pshared);
参2：pshared取值：
线程锁：PTHREAD_PROCESS_PRIVATE (mutex的默认属性即为线程锁，进程间私有)
进程锁：PTHREAD_PROCESS_SHARED进程间mutex示例：
进程间使用mutex来实现通信
1 #include <fcntl.h>
2 #include <pthread.h>
3 #include <sys/mman.h>
4 #include <sys/wait.h>
5
6 struct mt{
7 int num;
8 pthread_mutex_t mutex;
9 pthread_mutexattr_t mutexattr;
10 };
11
12 int main(void)
13 {
14 int fd, i;
15 struct mt *mm;
16 pid_t pid;
17
18 fd = open("mt_test", O_CREAT | O_RDWR, 0777);
19 ftruncate(fd, sizeof(*mm));
20 mm = mmap(NULL, sizeof(*mm), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
21 close(fd);
22 unlink("mt_test");
23 //mm = mmap(NULL, sizeof(*mm), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANON, -1, 0);
24 memset(mm, 0, sizeof(*mm));
25 pthread_mutexattr_init(&mm->mutexattr); //初始化mutex属性对象
26 pthread_mutexattr_setpshared(&mm->mutexattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED); //修改属性为进程间共享
27 pthread_mutex_init(&mm->mutex, &mm->mutexattr); //初始化一把mutex琐
28 pid = fork();
29 if (pid == 0) {
30 for (i = 0; i < 10; i++) {
31 pthread_mutex_lock(&mm->mutex);
32 (mm->num)++;
33 printf("-child----num++ %d\n", mm->num);
34 pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);
35 sleep(1);
36 }
37 } else if (pid > 0) {
38 for ( i = 0; i < 10; i++) {
39 sleep(1);
40 pthread_mutex_lock(&mm->mutex);
41 mm->num += 2;
42 printf("-parent---num+=2 %d\n", mm->num);
43 pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);
44 }
45 wait(NULL);
46 }
47
48 pthread_mutexattr_destroy(&mm->mutexattr); //销毁mutex属性对象
49 pthread_mutex_destroy(&mm->mutex); //销毁mutex
50 munmap(mm,sizeof(*mm)); //释放映射区
51
52 return 0;
53 }
（6）文件锁
借助 fcntl函数来实现锁机制。 操作文件的进程没有获得锁时，可以打开，但无法执行read、write操作。
fcntl函数： 获取、设置文件访问控制属性。
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );参2：
F_SETLK (struct flock *) 设置文件锁（trylock）
F_SETLKW (struct flock *) 设置文件锁（lock）W --> wait
F_GETLK (struct flock *) 获取文件锁参3：
struct flock {
...
short l_type; 锁的类型：F_RDLCK 、F_WRLCK 、F_UNLCK
short l_whence; 偏移位置：SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END
off_t l_start; 起始偏移：1000
off_t l_len; 长度：0表示整个文件加锁
pid_t l_pid; 持有该锁的进程ID：(F_GETLK only)
...
};进程间文件锁示例：
进程间文件锁
1 #include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3 #include <sys/types.h>
4 #include <sys/stat.h>
5 #include <fcntl.h>
6 #include <stdlib.h>
7
8 #define __FILE_NAME__ "/opt/linuxC/09-linux-day09/temp.lock"
9
10 int main()
11 {
12 int fd = open(__FILE_NAME__, O_RDWR|O_CREAT, 0666);
13 if (fd < 0)
14 {
15 perror("open err:");
16 return -1;
17 }
18
19 struct flock lk;
20 lk.l_type = F_WRLCK;
21 lk.l_whence = SEEK_SET;
22 lk.l_start = 0;
23 lk.l_len = 0;
24
25 if (fcntl(fd, F_SETLK, &lk) < 0)
26 {
27 perror("get lock err:");
28 exit(1);
29 }
30 //核心逻辑
31 while(1)
32 {
33 printf("I am alive!\n");
34 sleep(1);
35 }
36 return 0;
37 }
依然遵循“读共享、写独占”特性。但！如若进程不加锁直接操作文件，依然可访问成功，但数据势必会出现混乱。
【思考】：多线程中，可以使用文件锁吗？
多线程间共享文件描述符，而给文件加锁，是通过修改文件描述符所指向的文件结构体中的成员变量来实现的。因此，多线程中无法使用文件锁。
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