linux學習筆記之線程同步機制

1、基礎知識。

1：線程同步機制：互斥量，讀寫鎖，條件變量，自旋鎖，屏障。

　　1，互斥量：每一個進程訪問被互斥量保護的資源時，都須要先對互斥量進行判斷。

　　　　1）互斥量重要屬性：進程共享屬性，健壯屬性，類型屬性。

　　　　2）部分系統 不支持 進程共享屬性

　　　　3）對互斥量重複加鎖會致使死鎖。

　　2，讀寫鎖。

　　　　1）讀寫鎖有3種狀態：讀模式加鎖，寫模式加鎖，未加鎖。

　　　　　　1-寫加鎖模式：任何加鎖都會被阻塞。

　　　　　　2-讀加鎖模式：讀模式加鎖的任何線程均可以獲得訪問權，同時添加一個讀模式鎖。但，寫模式加鎖會被阻塞。

　　　　　　3-在讀模式下，線程試圖寫加鎖，會阻塞：1 線程自己 和 2 以後的讀模式。保證寫模式不會被一指阻塞。

　　　　2）遞歸鎖可能很難處理，只有在無其餘反感時，才考慮。

　　　　3）讀寫鎖支持的惟一屬性時：進程共享屬性。

　　3，條件變量：條件變量是線程的另一種同步機制。它自己由互斥量保護。線程在改變條件狀態以前必須首先鎖住互斥量。

　　　　1）條件變量支持屬性：進程共享屬性 和 時鐘屬性。

　　4，自旋鎖。

　　　　1）和互斥量相似。不一樣點在於：獲取鎖以前，線程一直處於 忙等（自旋）阻塞狀態。（互斥量使用休眠阻塞）

　　　　2）只能用於：鎖持有時間短，線程不喜歡在從新調度上花費太多成本。

　　　　3）在非搶佔式內核中很是有用：由於它會阻塞中斷。這樣中斷處理程序就不會讓系統陷入死鎖狀態。

　　5，屏障。

　　　　1）相似於里程碑：用戶協調多個線程並行工做的同步機制。它容許每一個線程等待，直到全部合做的線程都到達某一個點（里程碑）。

　　　　2）屏障屬性只有 進程共享屬性。

　　　　3）PTHREAD_PROCESS_SHARED（多進程共享） 和 PTHREAD_PROCESS_PROVATE（單進程，不共享）

2、相關函數。

1：信號。

1 發送信號
　　int kill(pid_t pid, int signo ); 發送信號給進程/進程組
　　// 1 參數pid：>0 ID=pid的進程中；0 同進程組的全部進程；<0 進程組ID==pid絕對值 的進程組中；-1 全部可以發送的進程。
　　int raise( int signo ); 發送信號給自身。
2 信號集處理函數
　　int sigemptyset( sigset_t *set );
　　int sigfillset( sigset_t *set );
　　int sigaddset( sigset_t *set, int signo );
　　int sigdelset( sigset_t *set, int signo );
　　int sigismember( sigset_t *set, int signo );
3 信號屏蔽字。
　　int sigprocmask( int how, const sigset_t *restrict set, sigset_t *restrict oset );  // 檢測和更改，或同時檢測+更改進程的信號屏蔽字。
　　int sigpending( sigset_t *set );  // 返回一個信號集。
　　int sigaction( int signo, const struct sigaction *restrict act, struct sigaction *restrict oact );   // 檢測/修改與指定信號相關聯的處理動做
　　int sigsupend( const sigset_t *sigmask ); // 做用：經過參數設置信號屏蔽字。
4 信號跳轉函數。
　　int sigsetjmp( sigjmp_buf env, int savemask );  // 設置信號跳轉點。
　　void siglongjmp( sigjmp_buf env, int val );  // 執行跳轉操做，參數val爲跳轉點返回值。
5 異常終止函數。
　　void abort( void ); // 使程序異常終止。
　　// 1 使用此函數，會將SIGABRT信號發送給調用進程。進程不能忽略此信號
　　// 2 發送SIGABRT信號，進程能夠先執行清理操做，而後再終止進程。
6 線程休眠函數。
　　unsigned int sleep( unsigned int seconds );
　　int nanosleep( const struct timespec *reqtp, struct timespec *remtp );  // 提供納妙級精度。
　　int clock_nanosleep( clockid_t clock_id, int flags, const struct timespec *reqtp, struct timespec *remtp ); // 多系統時鐘狀況下，使用相對於特定時鐘的延遲時間來掛起調用進程。
　　int sigqueue( pid_t pid, int signo, const union sigval value );  // 信號隊列，能夠將信號發送到一個進程的信號隊列中。部分操做系統支持此功能。
　　// 1 可能使休眠終止的情形：調用進程捕捉到一個信號並從信號處理程序返回。

 

 

2：互斥量。

1 初始化。
　　PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER //靜態分配方式。
　　int pthread_mutex_init( pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr );  // 動態分配內存方式
　　// 1 使用默認初始化，參數attr設置爲NULL。
2 類析構函數（釋放內存前當用）。
　　int pthread_mutex_destroy( pthread_mutex_t *mutex );
3 加鎖，嘗試性加鎖，超時鎖，解鎖
　　int pthread_mutex_lock( pthread_mutex_t *mutex );  // 若是已經加鎖的互斥量，會阻塞線程，直到互斥量解鎖。
　　int pthread_mutex_trylock( pthread_mutex_t *mutex );  //trylock嘗試上鎖失敗後，會返回EBUSY。而不會阻塞。
　　int pthread_mutex_timedlock( pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict tsptr );  //超時返回：ETIMEDOUT
　　int pthread_mutex_unlock( pthread_mutex_t *mutex );
　　// 1 若是線程試圖對同一互斥量加鎖兩次，則線程會陷入死鎖狀態。。
　　// 2 超時鎖參數tsptr 表示是 絕對時間（即具體時間點，而不是時間段）

 

3：互斥量屬性相關函數。

1 初始化和類析構函數。 　　int pthread_mutexattr_init( pthread_mutexattr_t *attr ); 　　int pthread_mutexattr_destroy( pthread_mutexattr_t *attr ); 2 獲取/設置 進程共享屬性。 　　int pthread_mutexattr_getshared( const pthread_mutexattr_t *restrict attr, int *restrict pshared ); 　　int pthread_mutexattr_setshared( pthread_mutexattr_t *attr, int *pshared ); 3 獲取/設置 健壯屬性 　　int pthread_mutexattr_getrobust( const pthread_mutexattr_t *restrict attr, int *restrict robust ); 　　int pthread_mutexattr_setrobust( pthread_mutexattr_t *attr, int *robust ); 4 解鎖前，使屬性狀態統一。 　　int pthread_mutexattr_consistent( pthead_mutex_t *mutex ); 5 獲取/設置 類型屬性 　　int pthread_mutexattr_gettype( const pthread_mutexattr_t *restrict attr, int *restrict type ); 　　int pthread_mutexattr_settype( pthread_mutexattr_t *attr, int *type );

 4：讀寫鎖

1 初始化。
　　int pthread_rwlock_init( pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr );
　　// 1 使用默認初始化，參數attr設置爲NULL。
2 類析構函數（釋放內存前當用）。
　　int pthread_rwlock_destroy( pthread_rwlock_t *rwlock );
3 讀加鎖，嘗試讀，超時版讀，寫加鎖，嘗試寫，超時版寫，解鎖。
　　int pthread_rwlock_rdlock( pthread_rwlock_t *rwlock );
　　int pthread_rwlock_tryrdlock( pthread_rwlock_t *rwlock );
　　int pthread_rwlock_timedrdlock( pthread_rwlock_t *rwlock, const struct timespec *restrict tsptr );
　　int pthread_rwlock_wrlock( pthread_rwlock_t *rwlock );
　　int pthread_rwlock_trywrlock( pthread_rwlock_t *rwlock );
　　int pthread_rwlock_timedwrlock( pthread_rwlock_t *rwlock, const struct timespec *restrict tsptr );
　　int pthread_rwlock_unlock( pthread_rwlock_t *rwlock );
　　// 1 讀加鎖有次數限制。
　　// 2 嘗試版本，出錯返回：EBUSY。
　　// 3 超時版本，出錯返回：ETIMEDOUT。超時時間 爲 絕對時間。
4 獲取/設置 進程共享屬性。
　　int pthread_rwlockattr_getpshared( const pthread_rwlockattr_t *restrict attr, int *restrict pshared );
　　int pthread_rwlockattr_setpshared( pthread_rwlockattr_t *attr, int *pshared );

 

 5：條件變量。

1 初始化。
　　int pthread_cond_init( pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr );
　　// 1 使用默認初始化，參數attr設置爲NULL。
2 類析構函數（釋放內存前當用）。
　　int pthread_cond_destroy( pthread_cond_t *cond );
3 等待條件爲真，超時版本。
　　int pthread_cond_wait( pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex );  //此函數能夠保證線程必定能夠進入條件等待隊列中。
　　int pthread_cond_timedwait( pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict tsptr );
　　// 1 將加鎖互斥量傳入，而後將調用線程放入條件隊列中，再解鎖互斥量。等wait函數返回後，互斥量再加鎖。
　　// 2 超時返回：ETIMEDOUT
4 喚醒等待條件的線程。
　　int pthread_cond_signal( pthread_cond_t *cond );  // 最少喚醒一個線程。
　　int pthread_cond_broadcast( pthread_cond_t *cond );  // 喚醒所有線程。
　　// 1 須要注意：要等條件狀態改變之後，在使用這兩個函數！！！
5 條件屬性的初始化和類析構函數。
　　int pthread_condattr_init( pthread_condattr_t *attr );
　　int pthread_condattr_destroy( pthread_condattr_t *attr );
6 獲取/設置 進程共享屬性。
　　int pthread_condattr_getpshared( const pthread_condattr_t *restrict attr, int *restrict pshared );
　　int pthread_condattr_setpshared( pthread_condattr_t *attr, int *pshared );
7 獲取/設置 時鐘屬性。
　　int pthread_condattr_getclock( const pthread_condattr_t *restrict attr, clockid)t *restrict clock_id );
　　int pthread_condattr_setclock( pthread_condattr_t *attr, clockid)t *clock_id );

 

 6：自旋鎖。

1 初始化，類析構函數（釋放內存前使用） 　　int pthread_spin_init( pthread_spinlock_t *lock, int pshared ); 　　int pthread_spin_destroy( pthread_spinlock_t *lock ); 2 加鎖，嘗試性加鎖，解鎖。 　　int pthread_spin_lock( pthread_spinlock_t *lock ); 　　int pthread_spin_trylock( pthread_spinlock_t *lock ); 　　int pthread_spin_unlock( pthread_spinlock_t *lock ); 

7：屏障。

1 初始化，類析構函數（釋放內存前使用）
　　int pthread_barrier_init( pthread_barrier_t *restrict barrier, const pthread_barrierattr_t *restrict attr, unsigned int count );  
　　int pthread_barrier_destroy( pthread_barrier_t *barrier );
　　// 1 參數count表示須要多少個線程達到此節點後，才能夠繼續運行。count設置後不會改變。
2 當前線程已完成，等待其餘線程。
　　int pthread_barrier_wait( pthread_barrier_t *barrier );  // 如未知足count數，則此線程進行休眠。
3 初始化 和 類析構函數。
　　int pthread_barrierattr_init( pthread_barrierattr_t *attr );
　　int pthread_barrierattr_destroy( pthread_barrierattr_t *attr );
4 獲取/設置 進程共享屬性。
　　int pthread_barrierattr_getpshared( const pthread_barrierattr *restrict attr, int *restrict pshared );
　　int pthread_barrierattr_setpshared( pthread_barrierattr *attr, int pshared );

 

 

3、