linux线程相关知识学习笔记2——线程同步之信号量

前言：通过一个任务导入并分析线程同步的信号量。

 

1、任务：用户从终端输入任意字符，然后统计字符个数并显示，输入end则结束。

 

2、分析：

使用多线程实现：主线程获取用户输入并判断是否退出，子线程计数。

 

3、信号量的使用及编程实现

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

char buf[200] = {0};
sem_t sem;	//定义一个信号量

//子线程程序，作用是统计buf中的字符个数并打印
void * func(void * arg)
{
	//子线程首先应该有个循环
	//循环中阻塞在等待主线程激活的时候，子线程被激活后就去获取buf中的字符长度，
	//然后打印；
	//完成打印后，再次被阻塞
	sem_wait(&sem);  //阻塞
	while(strncmp(buf, "end", 3) != 0)
	{
		printf("本次输入了%d个字符\n", (int)strlen(buf));
		memset(buf, 0, sizeof(buf));
		sem_wait(&sem);
	}
	
	pthread_exit(NULL);  //子线程退出
}


int main(void)
{
	int ret = -1;
	pthread_t th = -1;
	
	sem_init(&sem, 0, 0);	//初始化信号量
	
	ret = pthread_create(&th, NULL, func, NULL);	//创建子线程
	if (ret != 0)
	{
		printf("pthread_create error.\n");
		exit(-1);
	}
	
	printf("输入一个字符串，以回车结束\n");
	
	while(scanf("%s", buf))
	{
		//去比较用户输入的是不是end，如果是则退出，如果不是则继续
		if (!strncmp(buf, "end", 3))
		{
			sem_post(&sem);	//抛出信号量
			printf("程序结束\n");
			//exit(0);
			break;
		}
		
		//主线程在收到用户输入的字符串，并且确认不是end后
		//就去发信号激活子线程来计数。
		//子线程被阻塞，主线程可以激活，这就是线程的同步问题。
		//信号量就可以用来实现这个线程同步
		sem_post(&sem);	//抛出信号量
	}
	
	printf("等待回收子线程\n");
	ret = pthread_join(th, NULL);	//回收子线程
	if (ret != 0)
	{
		printf("pthread_join error.\n");
		exit(-1);
	}
	printf("子线程回收成功\n");
	
	sem_destroy(&sem);	//销毁信号量
	
	return 0;
}

 

 

4、线程同步之互斥锁

4.1、什么是互斥锁

（1）互斥锁又叫互斥量（mutex）

（2）相关函数：

• pthread_mutex_init
• pthread_mutex_destroy
• pthread_mutex_lock
• pthread_mutex_unlock

（3）互斥锁和信号量的关系：可以认为互斥锁是一种特殊的信号量

（4）互斥锁主要用来实现关键代码段保护

 

4.2、用互斥锁来实现关键段代码保护

注意：在编写程序，查询pthread_mutex_init 先关函数时，如：

man 3 pthread_mutex_init 时提示找不到函数，说明你当前linux系统环境没有安装pthread相关的man手册。

安装方法：

（1）虚拟机能上网；

（2）使用安装命令： sudo apt-get install manpages-posix-dev

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

char buf[200] = {0};
pthread_mutex_t mutex;	//定义一个信号量
unsigned char flag = 0;     //标志位

//子线程程序，作用是统计buf中的字符个数并打印
void * func(void * arg)
{
	//子线程首先应该有个循环
	//循环中阻塞在等待主线程激活的时候，子线程被激活后就去获取buf中的字符长度，
	//然后打印；
	//完成打印后，再次被阻塞
	
	sleep(1);
	while(flag == 0)
	{
		pthread_mutex_lock(&mutex);	//上锁
		printf("本次输入了%d个字符\n", (int)strlen(buf));
		memset(buf, 0, sizeof(buf));  
		pthread_mutex_unlock(&mutex);    //解锁
		sleep(1);
	}

	pthread_exit(NULL);     //线程退出
}


int main(void)
{
	int ret = -1;
	pthread_t th = -1;
	
	pthread_mutex_init(&mutex, NULL);	//初始化信号量
	
	ret = pthread_create(&th, NULL, func, NULL);	//创建子线程
	if (ret != 0)
	{
		printf("pthread_create error.\n");
		exit(-1);
	}
	
	printf("输入一个字符串，以回车结束\n");
	
	while(1)
	{
		pthread_mutex_lock(&mutex);   //上锁
		scanf("%s", buf);
		pthread_mutex_unlock(&mutex);   //解锁
  
		//去比较用户输入的是不是end，如果是则退出，如果不是则继续
		if (!strncmp(buf, "end", 3))
		{
			printf("程序结束\n");
			flag = 1;
			//exit(0);
			break;
		}
		sleep(1);
	}
	
	printf("等待回收子线程\n");
	ret = pthread_join(th, NULL);	//回收子线程
	if (ret != 0)
	{
		printf("pthread_join error.\n");
		exit(-1);
	}
	printf("子线程回收成功\n");
	
	pthread_mutex_destroy(&mutex);	//销毁信号量
	
	return 0;
}

注：这个程序实例仅为了学习如何使用互斥锁来实现关键段代码保护，知晓大概流程及实现机理，实用意义不大。

 

5、线程同步之条件变量

5.1、相关函数

• pthread_cond_init
• pthread_cond_destroy
• pthread_cond_wait
• pthread_cond_signal 
• pthread_cond_broadcast

 

5.2、使用条件变量来实现4.2中的代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>


char buf[200] = {0};
pthread_mutex_t mutex;	//定义一个信号量
pthread_cond_t cond;	//定义一个条件变量
unsigned char flag = 0;	//定义一个标志位

//子线程程序，作用是统计buf中的字符个数并打印
void * func(void * arg)
{
	//子线程首先应该有个循环
	//循环中阻塞在等待主线程激活的时候，子线程被激活后就去获取buf中的字符长度，
	//然后打印；
	//完成打印后，再次被阻塞
	
	while(flag == 0)
	{
		pthread_mutex_lock(&mutex);	//上锁
		pthread_cond_wait(&cond, &mutex);	//阻塞在这里，等待条件信号到来		
		printf("本次输入了%d个字符\n", (int)strlen(buf));
		memset(buf, 0, sizeof(buf));
		pthread_mutex_unlock(&mutex);  //解锁
	}

	pthread_exit(NULL);  //线程退出
}


int main(void)
{
	int ret = -1;
	pthread_t th = -1;
	
	pthread_mutex_init(&mutex, NULL);	//初始化信号量
	pthread_cond_init(&cond, NULL);	   //条件变量初始化
	
	ret = pthread_create(&th, NULL, func, NULL);	//创建子线程
	if (ret != 0)
	{
		printf("pthread_create error.\n");
		exit(-1);
	}
	
	printf("输入一个字符串，以回车结束\n");
	
	while(1)
	{
		scanf("%s", buf);
		pthread_cond_signal(&cond);	//发送条件变量信号

		//去比较用户输入的是不是end，如果是则退出，如果不是则继续
		if (!strncmp(buf, "end", 3))
		{
			printf("程序结束\n");
			flag = 1;
			break;
		}
	}

	printf("等待回收子线程\n");
	ret = pthread_join(th, NULL);	//回收子线程
	if (ret != 0)
	{
		printf("pthread_join error.\n");
		exit(-1);
	}
	printf("子线程回收成功\n");
	
	pthread_mutex_destroy(&mutex);	//销毁信号量
	pthread_cond_destroy(&cond);	//销毁条件变量信号
	
	return 0;
}