(線程)同步(12.5)

在同時執行的程序中,我們看到兩個線程同時執行。線程之間的切換的方法是非常笨拙。
好在專門有一組設計好的函數為我們提供了更好的控制線程執行的訪問代碼臨界區域的方。

兩種基本方法:;
(1)信號量:它的代碼如同看守一段代碼的看門人一樣;
(2)互斥量:如同保護代碼段的一個互斥設備。
這兩種方法是相似的,事實上,我們是可以互相通過對方來實現的。
但是不同的場景使用不同的方式會語義會不一樣,所以,需要選擇;
例如:如果想控制任一時刻只能有一個線程可以訪問一些共享內存,使用互斥量就要自然很多。如果控制一對相同對象的訪問時——比如從5條用的電話線中分配1條給某個線程的情況,就更適合使用計數信號量。

用信號量進行同步##

有兩組接口函數用于信號量。
一組取自于POSIX 的實時擴展,用于##線程同步。
一組被稱為系統V信號量,常常用于##進程的同步##(14章介紹)

信號量的提出者 —— 荷蘭計算機科學家Dijkstra .

信號量是一個特殊類型的變量,它可以被增加或減少,但對其的關鍵訪問被保證是原子操作,及時在一個多線程程序中也是如此。這意味著如果一個程序中有兩個(或更多)的線程試圖改變一個信號量的值,系統將保證所有的操作都將依次進行。但如果是普通變量,來自同一程序中的不同的線程的沖突操作所導致的結果將是不確定的。

這里講的是簡單的信號量 —— 二進制信號量,它只有0和1兩種取值。還有一種通用的信號量—— 計數信號量(可以取更大的取值范圍)。
信號量一般常用來保護一段代碼,使其每次只能夠被一個執行線程運行,
要完成這個工作,就要使用二進制信號量;有時允許有限數目的線程執行一段指定的代碼,就需要用到技術信號量。

*** 這里注意 “信號” 和“信號量” 是兩個不同的概念。

信號量函數一般是以sem_開頭,而不像大多數線程函數那樣以pthread_開頭。線程中使用的基本信號量函數有4個。信號量通常使用sem_init函數創建。 頭文件是: semaphore.h
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
這個函數初始化由sem指向的信號量對象,設置它的共享選項,并給它一個初始的整數值。
pshared 參數控制信號量的類型,如果其值是0,就表示這個信號量是當前進程的局部信號量,否則,這個信號量就可以在多個進程之間共享。(我們這里只對不能在進程間共享的信號量感興趣)
(linux你使用的版本可能不支持這種共享,給pshared 參數傳遞一個非零的值將導致調用失敗)
下面的兩個函數控制信號量的值:
int sem_wait(sem_t *sem);
int sem_post(sem_t *sem);
int sem_destroy(sem_t *sem);
參數都是指針作為參數,該指針指向的對象是由sem_init 調用初始化的信號量。

sem_post 以原子操作的 方式給信號量的值增加1。
原子操作:如果兩個線程企圖同時給一個信號量加1,它們之間不會互相干擾。而兩個程序同時對同一個文件進行讀取、增加、寫入操作時可能會引起沖突。信號量的值總是會被正確的加2,因為有兩個線程試圖改變它。
sem_wait 函數以原子操作的方式將信號量減1 ,但它會等待直到信號量有個非零值才會開始減法操作。對值為0信號量調用sem_wait ,這個線程會等待,直到其他線程增加了信號量的值使其不再為0為止。還有另外一個信號量函數sem_trywait ,它是sem_wait 的非阻塞版本。
sem_destroy : 用完信號量后對它進行清理。清理該信號量擁有的所有資源。若是企圖清理的信號量正被一些線程等待,就會收到一個錯誤。成功就會返回0。

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