0

0

Linux中同步和互斥机制

WBOY

WBOY

发布时间:2024-03-18 13:49:10

|

1019人浏览过

|

来源于良许Linux教程网

转载

在多进程或多线程的操作系统环境中,同步和互斥是关键的概念,用于确保共享资源的正确访问。下面是同步和互斥的设计原理以及

在 Linux 中的实现方式:

同步机制(Synchronization)

同步机制是协调多个执行线程或进程的执行,以确保它们按照一定的顺序执行或在特定条件下等待的过程。常见的同步机制包括信号量、条件变量和屏障等。

Linux中同步和互斥机制

设计原理

  1. 原子操作(Atomic Operations): 原子操作是指不可分割的操作,要么全部执行,要么都不执行。在同步中,原子操作是确保线程或进程安全执行的基本要素。

  2. 互斥访问(Mutual Exclusion): 同步的一个关键目标是确保共享资源的互斥访问,即同一时刻只有一个线程或进程能够访问共享资源,避免出现竞争条件。

  3. 条件等待(Condition Waiting): 同步机制通常需要支持条件等待,即一个线程或进程在某个条件满足前等待,而其他线程或进程在条件满足时通知等待的线程继续执行,以实现线程之间的协调。

  4. 顺序保持(Order Preservation): 同步还可能涉及对执行顺序的控制,以确保线程或进程按照期望的顺序执行,从而保证程序的正确性和可靠性。

在 Linux 中的实现

  • 信号量: 通过信号量可以实现对资源的计数,确保同一时刻只有有限数量的线程或进程能够访问共享资源。在 Linux 中,信号量通常使用 sem_initsem_waitsem_post 等函数进行操作。
  • 条件变量: 条件变量允许线程在某个条件满足前等待,以及在条件满足时被通知继续执行。在 Linux 中,条件变量通常使用 pthread_cond_initpthread_cond_waitpthread_cond_signal 等函数进行操作。

互斥(Mutex)

互斥是一种用于确保共享资源互斥访问的机制。在多线程或多进程环境中,互斥锁是最常见的互斥机制。

设计原理

  1. 互斥锁: 互斥锁是一种用于确保在同一时刻只有一个线程能够访问共享资源的锁。当一个线程获得互斥锁时,其他线程必须等待。
  2. 临界区: 临界区是一段代码,可能访问共享资源,而且同一时刻只能有一个线程进入。互斥锁通常用于保护临界区。
  3. 死锁避免: 设计互斥机制时需要考虑死锁的避免,确保系统不会因为互斥锁的使用而陷入无法解除的等待。

在 Linux 中的实现

  • 互斥锁(Mutex): 在 Linux 中,互斥锁通常通过 pthread_mutex_initpthread_mutex_lockpthread_mutex_unlock 等函数进行操作。它们允许线程安全地进入和退出临界区。
  • 自旋锁(Spinlock): 自旋锁是一种在等待互斥锁时不会让出 CPU 而是一直循环检查的锁。在 Linux 中,自旋锁通常通过 spin_lockspin_unlock 进行操作。

以上是在 Linux 中实现同步和互斥的一些常见机制。具体的选择取决于应用的需求,以及对性能和可维护性的权衡。

在下面的示例代码中,我将展示使用互斥锁(Mutex)和条件变量(Condition Variable)来实现简单的同步机制。这里使用了 POSIX 线程库的相关函数。

造梦阁AI
造梦阁AI

AI小说推文一键成片,你的故事值得被看见

下载
#include 
#include 
#include 

#define BUFFER_SIZE 5

int buffer[BUFFER_SIZE];
int count = 0;

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond_producer = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond_consumer = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

void *producer(void *arg) {
    for (int i = 0; i while (count == BUFFER_SIZE) {
            // 缓冲区满,等待消费者消费
            pthread_cond_wait(&cond_producer, &mutex);
        }

        buffer[count++] = i;
        printf("Produced: %d\n", i);

        // 通知消费者可以消费了
        pthread_cond_signal(&cond_consumer);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }

    pthread_exit(NULL);
}

void *consumer(void *arg) {
    for (int i = 0; i while (count == 0) {
            // 缓冲区空,等待生产者生产
            pthread_cond_wait(&cond_consumer, &mutex);
        }

        int item = buffer[--count];
        printf("Consumed: %d\n", item);

        // 通知生产者可以生产了
        pthread_cond_signal(&cond_producer);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }

    pthread_exit(NULL);
}

int main() {
    pthread_t producer_thread, consumer_thread;

    // 创建生产者和消费者线程
    pthread_create(&producer_thread, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&consumer_thread, NULL, consumer, NULL);

    // 等待线程结束
    pthread_join(producer_thread, NULL);
    pthread_join(consumer_thread, NULL);

    // 销毁互斥锁和条件变量
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond_producer);
    pthread_cond_destroy(&cond_consumer);

    return 0;
}

这个简单的示例演示了一个生产者-消费者问题,其中生产者线程负责往缓冲区中生产数据,而消费者线程负责从缓冲区中消费数据。互斥锁 mutex 用于确保对共享资源的互斥访问,而条件变量 cond_producercond_consumer 用于在缓冲区满或空时进行等待和通知。

请注意,实际应用中的同步和互斥可能更加复杂,具体的设计取决于应用的需求。

下面是一个简单的示例代码,演示了如何使用 Linux 中的 pthread_mutex_t 来实现互斥锁。这个示例中,两个线程共享一个计数器,通过互斥锁确保对计数器的互斥访问。

#include 
#include 

// 共享的计数器
int counter = 0;

// 互斥锁
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

// 线程函数,增加计数器的值
void* increment_counter(void* arg) {
    for (int i = 0; i main() {
    // 创建两个线程
    pthread_t thread1, thread2;
    pthread_create(&thread1, NULL, increment_counter, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, increment_counter, NULL);

    // 等待线程结束
    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);

    // 销毁互斥锁
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    // 输出最终的计数器值
    printf("Final Counter Value: %d\n", counter);

    return 0;
}

在这个例子中,两个线程并发地增加 counter 变量的值。由于两个线程共享同一个变量,存在竞争条件。互斥锁 mutex 用来确保对 counter 的互斥访问,一个线程在访问 counter 时先上锁,完成后再解锁,这样另一个线程才能进入。

要使用互斥锁,需要注意以下几点:

  1. 初始化互斥锁: 使用 PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 或者 pthread_mutex_init 来初始化互斥锁。
  2. 上锁和解锁: 使用 pthread_mutex_lock 来上锁,使用 pthread_mutex_unlock 来解锁。在临界区内对共享资源的访问应该位于上锁和解锁之间。
  3. 销毁互斥锁: 在不再需要互斥锁时,使用 pthread_mutex_destroy 来销毁它。

以上代码演示了如何使用互斥锁来确保对共享资源的安全访问,防止竞争条件。

相关专题

更多
线程和进程的区别
线程和进程的区别

线程和进程的区别:线程是进程的一部分,用于实现并发和并行操作,而线程共享进程的资源,通信更方便快捷,切换开销较小。本专题为大家提供线程和进程区别相关的各种文章、以及下载和课程。

480

2023.08.10

Python 多线程与异步编程实战
Python 多线程与异步编程实战

本专题系统讲解 Python 多线程与异步编程的核心概念与实战技巧,包括 threading 模块基础、线程同步机制、GIL 原理、asyncio 异步任务管理、协程与事件循环、任务调度与异常处理。通过实战示例,帮助学习者掌握 如何构建高性能、多任务并发的 Python 应用。

143

2025.12.24

磁盘配额是什么
磁盘配额是什么

磁盘配额是计算机中指定磁盘的储存限制,就是管理员可以为用户所能使用的磁盘空间进行配额限制,每一用户只能使用最大配额范围内的磁盘空间。php中文网为大家提供各种磁盘配额相关的内容,教程,供大家免费下载安装。

1348

2023.06.21

如何安装LINUX
如何安装LINUX

本站专题提供如何安装LINUX的相关教程文章,还有相关的下载、课程,大家可以免费体验。

701

2023.06.29

linux find
linux find

find是linux命令,它将档案系统内符合 expression 的档案列出来。可以指要档案的名称、类别、时间、大小、权限等不同资讯的组合,只有完全相符的才会被列出来。find根据下列规则判断 path 和 expression,在命令列上第一个 - ( ) , ! 之前的部分为 path,之后的是 expression。还有指DOS 命令 find,Excel 函数 find等。本站专题提供linux find相关教程文章,还有相关

294

2023.06.30

linux修改文件名
linux修改文件名

本专题为大家提供linux修改文件名相关的文章,这些文章可以帮助用户快速轻松地完成文件名的修改工作,大家可以免费体验。

776

2023.07.05

linux系统安装教程
linux系统安装教程

linux系统是一种可以免费使用,自由传播,多用户、多任务、多线程、多CPU的操作系统。本专题提供linux系统安装教程相关的文章,大家可以免费体验。

572

2023.07.06

linux查看文件夹大小
linux查看文件夹大小

Linux是一种自由和开放源码的类Unix操作系统,存在着许多不同的Linux版本,但它们都使用了Linux内核。Linux可安装在各种计算机硬件设备中,比如手机、平板电脑、路由器、视频游戏控制台、台式计算机、大型机和超级计算机。linux怎么查看文件夹大小呢?php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读。

545

2023.07.20

Golang gRPC 服务开发与Protobuf实战
Golang gRPC 服务开发与Protobuf实战

本专题系统讲解 Golang 在 gRPC 服务开发中的完整实践,涵盖 Protobuf 定义与代码生成、gRPC 服务端与客户端实现、流式 RPC(Unary/Server/Client/Bidirectional)、错误处理、拦截器、中间件以及与 HTTP/REST 的对接方案。通过实际案例,帮助学习者掌握 使用 Go 构建高性能、强类型、可扩展的 RPC 服务体系,适用于微服务与内部系统通信场景。

6

2026.01.15

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
PostgreSQL 教程
PostgreSQL 教程

共48课时 | 7.2万人学习

Git 教程
Git 教程

共21课时 | 2.7万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号