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2012-10-25 15:14:40

互斥量:
现在该来看看使用互斥对象的各种不同方法了。让我们从初始化开始。我们使用了静态初始化方法。这需要声明一个 pthread_mutex_t 变量,并赋给它常数 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER:
pthread_mutex_t mymutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

很简单吧。但是还可以动态地创建互斥对象。当代码使用 malloc() 分配一个新的互斥对象时,使用这种动态方法。此时,静态初始化方法是行不通的,并且应当使用例程 pthread_mutex_init():
int pthread_mutex_init( pthread_mutex_t *mymutex, const pthread_mutexattr_t *attr)

正如所示,pthread_mutex_init 接受一个指针作为参数以初始化为互斥对象,该指针指向一块已分配好的内存区。第二个参数,可以接受一个可选的 pthread_mutexattr_t 指针。这个结构可用来设置各种互斥对象属性。但是通常并不需要这些属性,所以正常做法是指定 NULL。
一旦使用 pthread_mutex_init() 初始化了互斥对象,就应使用 pthread_mutex_destroy() 消除它。pthread_mutex_destroy() 接受一个指向 pthread_mutext_t 的指针作为参数,并释放创建互斥对象时分配给它的任何资源。请注意, pthread_mutex_destroy() 不会 释放用来存储 pthread_mutex_t 的内存。释放自己的内存完全取决于您。还必须注意一点,pthread_mutex_init() 和 pthread_mutex_destroy() 成功时都返回零。






pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)

pthread_mutex_lock() 接受一个指向互斥对象的指针作为参数以将其锁定。如果碰巧已经锁定了互斥对象,调用者将进入睡眠状态。函数返回时,将唤醒调用者(显然)并且调用者还将保留该锁。函数调用成功时返回零,失败时返回非零的错误代码。
pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)

pthread_mutex_unlock() 与 pthread_mutex_lock() 相配合,它把线程已经加锁的互斥对象解锁。始终应该尽快对已加锁的互斥对象进行解锁(以提高性能)。并且绝对不要对您未保持锁的互斥对象进行解锁操作(否则,pthread_mutex_unlock() 调用将失败并带一个非零的 EPERM 返回值)。
pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)

当线程正在做其它事情的时候(由于互斥对象当前是锁定的),如果希望锁定互斥对象,这个调用就相当方便。调用 pthread_mutex_trylock() 时将尝试锁定互斥对象。如果互斥对象当前处于解锁状态,那么您将获得该锁并且函数将返回零。然而,如果互斥对象已锁定,这个调用也不会阻塞。当然,它会返回非零的 EBUSY 错误值。然后可以继续做其它事情,稍后再尝试锁定。
 
条件变量:
 
条件变量是 POSIX 线程结构,可以让您在遇到某些条件时“唤醒”线程。可以将它们看作是一种线程安全的信号发送。Daniel 使用目前您所学到的知识实现了一个多线程工作组应用程序,本文将围绕着这一示例而进行讨论。
 
在互斥量介绍中,描述了一个比较特殊的难题:如果线程正在等待某个特定条件发生,它应该如何处理这种情况?它可以重复对互斥对象锁定和解锁,每次都会检查共享数据结构,以查找某个值。但这是在浪费时间和资源,而且这种繁忙查询的效率非常低。解决这个问题的最佳方法是使用 pthread_cond_wait() 调用来等待特殊条件发生。
了解 pthread_cond_wait() 的作用非常重要 -- 它是 POSIX 线程信号发送系统的核心,也是最难以理解的部分。
首先,让我们考虑以下情况:线程为查看已链接列表而锁定了互斥对象,然而该列表恰巧是空的。这一特定线程什么也干不了 -- 其设计意图是从列表中除去节点,但是现在却没有节点。因此,它只能:
锁定互斥对象时,线程将调用 pthread_cond_wait(&mycond,&mymutex)。pthread_cond_wait() 调用相当复杂,因此我们每次只执行它的一个操作。
pthread_cond_wait() 所做的第一件事就是同时对互斥对象解锁(于是其它线程可以修改已链接列表),并等待条件 mycond 发生(这样当 pthread_cond_wait() 接收到另一个线程的“信号”时,它将苏醒)。现在互斥对象已被解锁,其它线程可以访问和修改已链接列表,可能还会添加项。
此时,pthread_cond_wait() 调用还未返回。对互斥对象解锁会立即发生,但等待条件 mycond 通常是一个阻塞操作,这意味着线程将睡眠,在它苏醒之前不会消耗 CPU 周期。这正是我们期待发生的情况。线程将一直睡眠,直到特定条件发生,在这期间不会发生任何浪费 CPU 时间的繁忙查询。从线程的角度来看,它只是在等待 pthread_cond_wait() 调用返回。
现在继续说明,假设另一个线程(称作“2 号线程”)锁定了 mymutex 并对已链接列表添加了一项。在对互斥对象解锁之后,2 号线程会立即调用函数 pthread_cond_broadcast(&mycond)。此操作之后,2 号线程将使所有等待 mycond 条件变量的线程立即苏醒。这意味着第一个线程(仍处于 pthread_cond_wait() 调用中)现在将苏醒。
现在,看一下第一个线程发生了什么。您可能会认为在 2 号线程调用 pthread_cond_broadcast(&mymutex) 之后,1 号线程的 pthread_cond_wait() 会立即返回。不是那样!实际上,pthread_cond_wait() 将执行最后一个操作:重新锁定 mymutex。一旦 pthread_cond_wait() 锁定了互斥对象,那么它将返回并允许 1 号线程继续执行。那时,它可以马上检查列表,查看它所感兴趣的更改。




那个过程非常复杂,因此让我们先来回顾一下。第一个线程首先调用:

    pthread_mutex_lock(&mymutex);

然后,它检查了列表。没有找到感兴趣的东西,于是它调用:

    pthread_cond_wait(&mycond, &mymutex);

然后,pthread_cond_wait() 调用在返回前执行许多操作:

       
    pthread_mutex_unlock(&mymutex);

它对 mymutex 解锁,然后进入睡眠状态,等待 mycond 以接收 POSIX 线程“信号”。一旦接收到“信号”(加引号是因为我们并不是在讨论传统的 UNIX 信号,而是来自 pthread_cond_signal() 或 pthread_cond_broadcast() 调用的信号),它就会苏醒。但 pthread_cond_wait() 没有立即返回 -- 它还要做一件事:重新锁定 mutex:

     
    pthread_mutex_lock(&mymutex);

pthread_cond_wait() 知道我们在查找 mymutex “背后”的变化,因此它继续操作,为我们锁定互斥对象,然后才返回。




现在已回顾了 pthread_cond_wait() 调用,您应该了解了它的工作方式。应该能够叙述 pthread_cond_wait() 依次执行的所有操作。尝试一下。如果理解了 pthread_cond_wait(),其余部分就相当容易,因此请重新阅读以上部分,直到记住为止。好,读完之后,能否告诉我在调用 pthread_cond_wait() 之 ,互斥对象必须处于什么状态?pthread_cond_wait() 调用返回之后,互斥对象处于什么状态?这两个问题的答案都是“锁定”。既然已经完全理解了 pthread_cond_wait() 调用,现在来继续研究更简单的东西 -- 初始化和真正的发送信号和广播进程。到那时,我们将会对包含了多线程工作队列的 C 代码了如指掌。




 
 


条件变量是一个需要初始化的真实数据结构。以下就初始化的方法。首先,定义或分配一个条件变量,如下所示:

    pthread_cond_t mycond;

然后,调用以下函数进行初始化:

    pthread_cond_init(&mycond,NULL);

瞧,初始化完成了!在释放或废弃条件变量之前,需要毁坏它,如下所示:

    pthread_cond_destroy(&mycond);

很简单吧。接着讨论 pthread_cond_wait() 调用。







一旦初始化了互斥对象和条件变量,就可以等待某个条件,如下所示:

    pthread_cond_wait(&mycond, &mymutex);

请注意,代码在逻辑上应该包含 mycond 和 mymutex。一个特定条件只能有一个互斥对象,而且条件变量应该表示互斥数据“内部”的一种特殊的条件更改。一个互斥对象可以用许多条件变量(例如,cond_empty、cond_full、cond_cleanup),但每个条件变量只能有一个互斥对象。







对于发送信号和广播,需要注意一点。如果线程更改某些共享数据,而且它想要唤醒所有正在等待的线程,则应使用 pthread_cond_broadcast 调用,如下所示:

    pthread_cond_broadcast(&mycond);

在某些情况下,活动线程只需要唤醒第一个正在睡眠的线程。假设您只对队列添加了一个工作作业。那么只需要唤醒一个工作程序线程(再唤醒其它线程是不礼貌的!):

    pthread_cond_signal(&mycond);

此函数只唤醒一个线程。如果 POSIX 线程标准允许指定一个整数,可以让您唤醒一定数量的正在睡眠的线程,那就更完美了。但是很可惜,我没有被邀请参加会议。
 
 
具体参照:
2。通用线程:POSIX 线程详解,第 2部分(http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/thread/posix_thread2/index.html)
3。通用线程:POSIX 线程详解,第 3 部分(http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/thread/posix_thread3/index.html)
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