Linux如何实现进程间同步

Linux如何实现进程间同步

在Linux系统中，进程间同步是一种常见的需求，它可以确保多个进程按照预期的顺序执行，避免数据竞争和死锁等问题，本文将介绍Linux中几种常见的进程间同步机制，包括信号量、互斥锁、条件变量和读写锁。

信号量

信号量(semaphore)是一种计数器，用于管理对共享资源的访问，它有两个主要操作：P操作(等待)和V操作(释放)，当一个进程需要获取资源时，它会执行P操作，如果信号量的值大于0,那么信号量的值减1,进程继续执行；否则，进程阻塞，直到信号量的值变为正数，当一个进程完成对资源的使用后，它会执行V操作，将信号量的值加1。

要使用信号量，首先需要创建一个信号量对象，在C语言中，可以使用sem_init()函数初始化一个信号量，然后使用sem_wait()和sem_post()函数进行P操作和V操作，以下是一个简单的示例：

include <stdio.h>
include <pthread.h>
include <semaphore.h>
sem_t sem;
void *func(void *arg) {
    sem_wait(&sem);
    printf("线程%d获取到资源
", (int)arg);
    sleep(1);
    printf("线程%d释放资源
", (int)arg);
    sem_post(&sem);
    return NULL;
}
int main() {
    pthread_t thread1, thread2;
    sem_init(&sem, 0, 1);
    pthread_create(&thread1, NULL, func, (void *)1);
    pthread_create(&thread2, NULL, func, (void *)2);
    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);
    sem_destroy(&sem);
    return 0;
}

互斥锁

互斥锁(mutex)是一种更细粒度的同步机制，它可以保护一段代码或数据区域不被多个进程同时访问，当一个进程需要访问共享资源时，它会尝试获取互斥锁，如果互斥锁已被其他进程锁定，那么当前进程会被阻塞，直到互斥锁被释放，一旦互斥锁被释放，当前进程就可以获取锁并访问共享资源，当进程完成对共享资源的使用后，它应该释放互斥锁，以便其他进程可以获取锁。

要使用互斥锁，首先需要定义一个互斥锁变量，在C语言中，可以使用pthread_mutex_t类型的变量作为互斥锁，然后使用pthread_mutex_init()函数初始化互斥锁，使用pthread_mutex_lock()和pthread_mutex_unlock()函数进行加锁和解锁操作，以下是一个简单的示例：

include <stdio.h>
include <pthread.h>
include <time.h>
pthread_mutex_t lock;
int data = 0;
void *func(void *arg) {
    int id = (int)arg;
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        data++;
        printf("线程%d修改了data的值为%d
", id, data);
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
    return NULL;
}
int main() {
    pthread_t thread1, thread2;
    pthread_mutex_init(&lock, NULL);
    pthread_create(&thread1, NULL, func, (void *)1);
    pthread_create(&thread2, NULL, func, (void *)2);
    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);
    pthread_mutex_destroy(&lock);
    return 0;
}

条件变量

条件变量(condition variable)是一种更高级的同步机制，它可以让一个进程在特定条件下唤醒另一个进程，条件变量通常与互斥锁一起使用，以防止死锁，当一个进程需要等待某个条件满足时，它会执行pthread_cond_wait()函数，该函数会自动释放互斥锁并使当前进程进入阻塞状态，当条件满足时，另一个进程可以执行pthread_cond_signal()或pthread_cond_broadcast()函数来唤醒等待的进程，被唤醒的进程会重新获取互斥锁并继续执行，当进程完成对共享资源的使用后，它应该调用pthread_cond_destroy()函数销毁条件变量，以下是一个简单的示例：

include <stdio.h>
include <pthread.h>
include <unistd.h>
include <time.h>
pthread_cond_t cond;
int data = 0;
bool ready = false;
void *func(void *arg) {
    int id = (int)arg;
    while (!ready) {
        pthread_cond_wait(&cond, &mutex); // 注意这里传入的是互斥锁指针而不是条件变量本身的指针！!！!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!