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分类: C/C++
2015-04-03 19:36:46
原文地址:信号量、互斥锁,读写锁和条件变量的区别 作者:qqrilxk
sem_getvalue 得到信号量的值。
sem_destroy 摧毁信号量。
如果某个基于内存的信号灯是在不同进程间同步的,该信号灯必须存放在共享内存区中,这要只要该共享内存区存在,该信号灯就存在。
在linux下, 线程的互斥量数据类型是pthread_mutex_t. 在使用前, 要对它进行初始化:
对于静态分配的互斥量, 可以把它设置为PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER, 或者调用pthread_mutex_init.
对于动态分配的互斥量, 在申请内存(malloc)之后, 通过pthread_mutex_init进行初始化, 并且在释放内存(free)前需要调用pthread_mutex_destroy.
首先说一下加锁函数:
再说一下解所函数:
读写锁
读写锁与互斥量类似,不过读写锁允许更高的并行性。互斥量要么是锁住状态要么是不加锁状态,而且一次只有一个线程可以对其加锁。
读写锁可以由三种状态:读模式下加锁状态、写模式下加锁状态、不加锁状态。一次只有一个线程可以占有写模式的读写锁,但是多个线程可以同时占有读模式的读写锁。
在读写锁是写加锁状态时,在这个锁被解锁之前,所有试图对这个锁加锁的线程都会被阻塞。当读写锁在读加锁状态时,所有试图以读模式对它进行加锁的线程都可以得到访问权,但是如果线程希望以写模式对此锁进行加锁,它必须阻塞直到所有的线程释放读锁。虽然读写锁的实现各不相同,但当读写锁处于读模式锁住状态时,如果有另外的线程试图以写模式加锁,读写锁通常会阻塞随后的读模式锁请求。这样可以避免读模式锁长期占用,而等待的写模式锁请求一直得不到满足。
读写锁非常适合于对数据结构读的次数远大于写的情况。当读写锁在写模式下时,它所保护的数据结构就可以被安全地修改,因为当前只有一个线程可以在写模式下拥有这个锁。当读写锁在读状态下时,只要线程获取了读模式下的读写锁,该锁所保护的数据结构可以被多个获得读模式锁的线程读取。
读写锁也叫做共享-独占锁,当读写锁以读模式锁住时,它是以共享模式锁住的;当他以写模式锁住时,它是以独占模式锁住的。
初始化和销毁:
同互斥量以上, 在释放读写锁占用的内存之前, 需要先通过pthread_rwlock_destroy对读写锁进行清理工作, 释放由init分配的资源.
读和写:
虽然读写锁提高了并行性,但是就速度而言并不比互斥量快.
可能这也是即使有读写锁存在还会使用互斥量的原因,因为他在速度方面略胜一筹。这就需要我们在写程序的时候
综合考虑速度和并行性并找到一个折中。
比如: 假设使用互斥量需要0.5秒,使用读写锁需要0.8秒。在类似学生管理系统这类软件中,可能百分之九十的
时间都是查询操作,那么假如现在突然来个个20个请求,如果使用的是互斥量,那么最后的那个查询请求被满足需要10后。这样,估计没人能受得了。而使用读写锁,应为读锁能够多次获得。所以所有的20个请求,每个请求都能在1秒左右
得到满足。
也就是说,在一些写操作比较多或是本身需要同步的地方并不多的程序中我们应该使用互斥量,而在读操作远大于写操作的一些程序中我们应该使用读写锁来进行同步
条件变量(condition)
条件变量与互斥量一起使用时,允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。
条件本身是由互斥量保护的。线程在改变条件状态前必须首先锁住互斥量,其它线程在获得互斥量之前不会察觉到这种改变,因此必须锁定互斥量以后才能计算条件。
条件的检测是在互斥锁的保护下进行的。如果一个条件为假,一个线程自动阻塞,并释放等待状态改变的互斥锁。如果另一个线程改变了条件,它发信号给关联的条件变量,唤醒一个或多个等待它的线程,重新获得互斥锁,重新评价条件。如果两进程共享可读写的内存,条件变量可以被用来实现这两进程间的线程同步。
1. 初始化:
条件变量采用的数据类型是pthread_cond_t, 在使用之前必须要进行初始化, 这包括两种方式:
当pthread_cond_init的attr参数为NULL时, 会创建一个默认属性的条件变量; 非默认情况以后讨论.
2. 等待条件:
这两个函数分别是阻塞等待和超时等待.
等待条件函数等待条件变为真, 传递给pthread_cond_wait的互斥量对条件进行保护, 调用者把锁住的互斥量传递给函数. 函数把调用线程放到等待条件的线程列表上, 然后对互斥量解锁, 这两个操作是原子的. 这样 便关闭了条件检查和线程进入休眠状态等待条件改变这两个操作之间的时间通道, 这样线程就不会错过条件的任何变化.
当pthread_cond_wait返回时, 互斥量再次被锁住.
pthread_cond_wait函数的返回并不意味着条件的值一定发生了变化,必须重新检查条件的值。
pthread_cond_wait函数返回时,相应的互斥锁将被当前线程锁定,即使是函数出错返回。
阻塞在条件变量上的线程被唤醒以后,直到pthread_cond_wait()函数返回之前条件的值都有可能发生变化。所以函数返回以后,在锁定相应的互斥锁之前,必须重新测试条件值。最好的测试方法是循环调用pthread_cond_wait函数,并把满足条件的表达式置为循环的终止条件。如:
pthread_mutex_lock();
while (condition_is_false)
pthread_cond_wait();
pthread_mutex_unlock();
阻塞在同一个条件变量上的不同线程被释放的次序是不一定的。
注意:pthread_cond_wait()函数是退出点,如果在调用这个函数时,已有一个挂起的退出请求,且线程允许退出,这个线程将被终止并开始执行善后处理函数,而这时和条件变量相关的互斥锁仍将处在锁定状态。pthread_cond_timedwait函数到了一定的时间,即使条件未发生也会解除阻塞。这个时间由参数abstime指定。函数返回时,相应的互斥锁往往是锁定的,即使是函数出错返回。
注意:pthread_cond_timedwait函数也是退出点。
超时时间参数是指一天中的某个时刻。使用举例:
pthread_timestruc_t to;
to.tv_sec = time(NULL) + TIMEOUT;
to.tv_nsec = 0;
超时返回的错误码是ETIMEDOUT。
3. 通知条件:
这两个函数用于通知线程条件已经满足. 调用这两个函数, 也称向线程或条件发送信号. 必须注意, 一定要在改变条件状态以后再给线程发送信号.