详细的互斥锁pthread_mutex_t的使用

互斥锁pthread_mutex_t的使用

有两种方法创建互斥锁，静态方式和动态方式。POSIX定义了一个宏PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER来静态初始化互斥锁，方法如下：

pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

 在LinuxThreads实现中，pthread_mutex_t是一个结构，而PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER则是一个结构常量。

　　动态方式是采用pthread_mutex_init()函数来初始化互斥锁，API定义如下：

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *mutexattr)

其中mutexattr用于指定互斥锁属性（见下），如果为NULL则使用缺省属性。

　　pthread_mutex_destroy ()用于注销一个互斥锁，API定义如下：

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)

销毁一个互斥锁即意味着释放它所占用的资源，且要求锁当前处于开放状态。由于在Linux中，互斥锁并不占用任何资源，因此LinuxThreads中的 pthread_mutex_destroy()除了检查锁状态以外（锁定状态则返回EBUSY）没有其他动作。

　　2． 互斥锁属性

　　互斥锁的属性在创建锁的时候指定，在LinuxThreads实现中仅有一个锁类型属性，不同的锁类型在试图对一个已经被锁定的互斥锁加锁时表现不同。当前（glibc2.2.3,linuxthreads0.9）有四个值可供选择：

　　* PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP，这是缺省值，也就是普通锁。当一个线程加锁以后，其余请求锁的线程将形成一个等待队列，并在解锁后按优先级获得锁。这种锁策略保证了资源分配的公平性。

　　* PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP，嵌套锁，允许同一个线程对同一个锁成功获得多次，并通过多次unlock解锁。如果是不同线程请求，则在加锁线程解锁时重新竞争。

　　* PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP，检错锁，如果同一个线程请求同一个锁，则返回EDEADLK，否则与PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP类型动作相同。这样就保证当不允许多次加锁时不会出现最简单情况下的死锁。

　　* PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP，适应锁，动作最简单的锁类型，仅等待解锁后重新竞争。

　　3． 锁操作

　　锁操作主要包括加锁pthread_mutex_lock()、解锁pthread_mutex_unlock()和测试加锁 pthread_mutex_trylock()三个，不论哪种类型的锁，都不可能被两个不同的线程同时得到，而必须等待解锁。对于普通锁和适应锁类型，解锁者可以是同进程内任何线程；而检错锁则必须由加锁者解锁才有效，否则返回EPERM；对于嵌套锁，文档和实现要求必须由加锁者解锁，但实验结果表明并没有这种限制，这个不同目前还没有得到解释。在同一进程中的线程，如果加锁后没有解锁，则任何其他线程都无法再获得锁。

　　int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)

　　int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)

　　int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)

　　pthread_mutex_trylock()语义与pthread_mutex_lock()类似，不同的是在锁已经被占据时返回EBUSY而不是挂起等待。

/*==============================================================================
bufsem.c
功能：主进程负责向队列（就2个元素）写入数据，创建的两个线程负责读取数据。
同步互斥：主进程和线程之间用信号量sem_t进行同步，线程之间依靠互斥锁进行互斥操作。
问题：进程和线程都使用了信号量，可不可以免去互斥锁？

注意：直接编译gcc -o bufsem bufsem.c会出现如下错误

undefined reference to `sem_init'
undefined reference to `sem_post'
undefined reference to `sem_wait'

编译选项需要加入一个多线程

gcc -pthread -o bufsem bufsem.c

*/==============================================================================

#include
#include
#include
#include
#include
#include

#define N 2 //队列中元素的数量

struct _buf_
{
char *buf[N];
int front, rear; //有from和rear，显然是个队列
}BUF;

void * thread_function_r(void *arg); //线程函数
/*
信号量的数据类型为结构sem_t，它本质上是一个长整型的数。函数sem_init（）用来初始化一个信号量。它的原型为：　　
extern int sem_init __P ((sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value));　　
__sem为指向信号量结构的一个指针；__pshared不为０时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享；__value给出了信号量的初始值。　　
*/
sem_t sem_r, sem_w; //semphore，信号量，本程序用于保证进程和线程间的同步

pthread_mutex_t mutex; //互斥锁，保证线程访问的互斥，步骤一，定义数据类型

int main(int argc, char *argv[])
{

int res;
pthread_t a_thread_r, b_thread_r; //线程ID变量，与进程类似，进程为pid_t

for (res=0; resBUF.rear = BUF.front = 0;
/*信号量用sem_init函数创建的，下面是它的说明：
　　#include
        int sem_init (sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
    这个函数的作用是对由sem指定的信号量进行初始化，设置好它的共享选项，并指定一个整数类型的初始值。pshared参数控制着信号量的类型。如果 pshared的值是０，就表示它是当前里程的局部信号量；否则，其它进程就能够共享这个信号量。
*/
res = sem_init(&sem_r, 0, 0);
if ( res != 0) 
{
   perror(strerror(errno));
   exit(EXIT_FAILURE);
}
res = sem_init(&sem_w, 0, 2);
if ( res != 0) 
{
   perror(strerror(errno));
   exit(EXIT_FAILURE);
}

if ( pthread_mutex_init(&mutex, NULL) != 0 ) //互斥锁，保证线程访问的互斥，步骤二，初始化，默认属性初始化互斥量——NULL参数的功能
{
   perror(strerror(errno));
   exit(EXIT_FAILURE);
}
/*
#include
　　int pthread_create(pthread_t *restrict tidp,const pthread_attr_t *restrict attr,void*（*start_rtn)(void*),void *restrict arg);
　　返回值：若成功则返回0，否则返回出错编号
　　返回成功时，由tidp指向的内存单元被设置为新创建线程的线程ID。attr参数用于制定各种不同的线程属性。新创建的线程从start_rtn函数的地址开始运行，该函数只有一个无类型指针参数arg，如果需要向start_rtn函数传递的参数不止一个，那么需要把这些参数放到一个结构中，然后把这个结构的地址作为arg的参数传入。
*/
res = pthread_create(&a_thread_r, NULL, thread_function_r, NULL); //创建读取线程一
if ( res != 0 )
{
   perror(strerror(errno));
   exit(EXIT_FAILURE);
}
res = pthread_create(&b_thread_r, NULL, thread_function_r, NULL); //创建读取线程二
if ( res != 0 )
{
   perror(strerror(errno));
   exit(EXIT_FAILURE);
}

while(1) //【功能】主进程执行写入操作
{
    sem_wait(&sem_w); //函数sem_wait( sem_t *sem )被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。函数sem_trywait ( sem_t *sem )是函数sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量sem的值减一。函数sem_destroy(sem_t *sem)用来释放信号量sem。
    fputs("Input any words, its words must less than 30: ", stdout);
    fgets(BUF.buf[BUF.rear], 30, stdin);
    if (strcmp("end\n", BUF.buf[(BUF.front) % N]) == 0 ) break;
    BUF.rear = (BUF.rear + 1) % N;
    sem_post(&sem_r); //函数sem_post( sem_t *sem )用来增加信号量的值。当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中的一个线程不再阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。
    usleep(1);
}

return 0;
}

void * thread_function_r(void *arg) //【功能】线程负责读取
{
while(1)
{
   sem_wait(&sem_r);
   pthread_mutex_lock(&mutex); //获取互斥量（互斥锁），另外有pthread_mutex_trylock尝试对互斥量加锁，如果失败返回EBUSY
   fprintf(stdout, "Print:BUF.buf[%d] by %u: %s", BUF.front,pthread_self(), BUF.buf[BUF.front]);
   BUF.front = (BUF.front + 1) % N;
   pthread_mutex_unlock(&mutex); //释放互斥锁
   sem_post(&sem_w);
}
}