同步是指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的条件下等待。常见的同步机制包括信号量、条件变量和屏障等。
进程与线程之间是有区别的,不过linux内核只提供了轻量进程的支持,未实现线程模型。Linux是一种“多进程单线程”的操作系统。Linux本身只有进程的概念,而其所谓的“线程”本质上在内核里仍然是进程。
多线程编程已经成为了现代软件开发的重要组成部分。对于Linux操作系统而言,多线程的支持和实现更是被广泛应用。本文将通过详细解析Linux操作系统中的多线程概念、线程的创建与管理、同步与互斥、线程间通信等方面,并结合示例代码,来深入探讨Linux的多线程编程。
典型的UNIX系统都支持一个进程创建多个线程(thread)。在Linux进程基础中提到,Linux以进程为单位组织操作,Linux中的线程也都基于进程。尽管实现方式有异于其它的UNIX系统,但Linux的多线程在逻辑和使用上与真正的多线程并没有差别。 多线程 我们先来看一下什么是多线程。在Linux从程序到进程中,我们看到了一个程序在内存中的表示。这个程序的整个运行过程中,只有一个控制权的存在。当函数被调用的时候,该函数获得控制权,成为激活(active)函数,然后运行该函数中的指令。与此同时,其它的函数
实时分为硬实时和软实时,硬实时要求绝对保证响应时间不超过期限,如果超过期限,会造成灾难性的后果,例如汽车在发生碰撞事故时必须快速展开安全气囊;软实时只需尽力使响应时间不超过期限,如果偶尔超过期限,不会造成灾难性的后果.
linux内核中有多种内核锁,内核锁的作用是: 多核处理器下,会存在多个进程处于内核态的情况,而在内核态下,进程是可以访问所有内核数据的,因此要对共享数据进行保护,即互斥处理; linux内核锁机制有信号量、互斥锁、自旋锁还有原子操作。 一、信号量(struct semaphore): 是用来解决进程/线程之间的同步和互斥问题的一种通信机制,是用来保证两个或多个关键代码不被并发调用。 信号量(Saphore)由一个值和一个指针组成,指针指向等待该信号量的进程。信号量的值表示相应资源的使用情况。信号量S>=0
---- Hello、Hello大家好,我是木荣,今天我们继续来聊一聊Linux中多线程编程中的重要知识点,详细谈谈多线程中同步和互斥机制。 同步和互斥 互斥:多线程中互斥是指多个线程访问同一资源时同时只允许一个线程对其进行访问,具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序,即访问是无序的; 同步:多线程同步是指在互斥的基础上(大多数情况),通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下,同步已经实现了互斥,特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源
这篇文章介绍Linux下线程同步与互斥机制–互斥锁,在多线程并发的时候,都会出现多个消费者取数据的情况,这种时候数据都需要进行保护,比如: 火车票售票系统、汽车票售票系统一样,总票数是固定的,但是购票的终端非常多。
桔妹导读:死锁是多线程和分布式程序中常见的一种严重问题。死锁是毁灭性的,一旦发生,系统很难或者几乎不可能恢复;死锁是随机的,只有满足特定条件才会发生,而如果条件复杂,虽然发生概率很低,但是一旦发生就非常难重现和调试。使用锁而产生的死锁是死锁中的一种常见情况。Linux 内核使用 Lockdep 工具来检测和特别是预测锁的死锁场景。然而,目前 Lockdep 只支持处理互斥锁,不支持更为复杂的读写锁,尤其是递归读锁(Recursive-read lock)。因此,Lockdep 既会出现由读写锁引起的假阳性预测错误,也会出现假阴性预测错误。
一切互斥操作的依赖是 自旋锁(spin_lock),互斥量(semaphore)等其他需要队列的实现均需要自选锁保证临界区互斥访问。
阻塞同步有许多实现方式了:mutex, semaphore. 阻塞同步使用不当就可能造成死锁,活锁,优先级反转。
网上看了很多的嵌入式学习路线,有的比较片面,有的为了博人眼球东拼西凑,几乎把整个行业用得着用不着的技术都写上去了,没有侧重点,简直是劝退指南,还有的纯粹是打广告卖板子招生。
Bionic库是Android的基础库之一,也是连接Android系统和Linux系统内核的桥梁,Bionic中包含了很多基本的功能模块,这些功能模块基本上都是源于Linux,但是就像青出于蓝而胜于蓝,它和Linux还是有一些不一样的的地方。同时,为了更好的服务Android,Bionic中也增加了一些新的模块,由于本次的主题是Androdi的跨进程通信,所以了解Bionic对我们更好的学习Android的跨进行通信还是很有帮助的。
Linux互斥与同步 零、前言 一、Linux线程互斥 1、基本概念及引入 2、互斥量mutex介绍 3、互斥量的使用 4、互斥量原理 二、可重入/线程安全 1、基本概念 2、线程安全 3、重入函数 4、联系与区别 三、常见锁概念 四、Linux线程同步 1、基本概念 2、条件变量的使用 3、条件变量等待 4、条件变量使用规范 五、POSIX信号量 1、信号量概念及介绍 2、信号量的使用 零、前言 本章主要讲解学习Linux中对多线程的执行中的同步与互斥 一、Linux线程互斥 1、基本概念及引入 互
Linux 内核提供了一个遵守上面语义的旗标实现, 尽管术语有些不同. 为使用旗标, 内核 代码必须包含 <asm/semaphore.h>. 相关的类型是 struct semaphore; 实际旗标可以用 几种方法来声明和初始化. 一种是直接创建一个旗标, 接着使用 sema_init 来设定它:
1.假设p1先执行,执行到p(s), s-=1, 此时s=-1<0,进程阻塞,主动放弃cpu使用权,cpu调度执行p2,执行p2的具体任务,然后进行v(s),,s+=1,s=0,p2执行完毕。cpu调度继续执行p1,此时s=0,p1被唤醒,因此就达到了先执行p2后执行p1的同步关系。 2.假设p2先执行,首先执行具体的代码,然后进行v(s),s+=1,s=1>0,然后p2执行完毕。cpu调度执行p1,p1首先p(s),s-=1,s=0,然后执行具体的代码。同样也达到了先执行p2后执行p1的同步关系。 二.Linux下信号量实现同步,线程2先执行输出"hello",线程1后执行输出"world\n"的功能
load :将共享变量ticket从内存加载到寄存器中 update : 更新寄存器里面的值,执行-1操作 store :将新值,从寄存器写回共享变量ticket的内存地址
锁是一个常见的同步概念,我们都听说过加锁(lock)或者解锁(unlock),当然学术一点的说法是获取(acquire)和释放(release)。
鲜衣怒马少年时,不负韶华行且知。 -- 鹊桥仙
通过对线程与线程控制的相关知识点的编程学习和锻炼,培养学生们对线程相关实例问题的分析与解决能力。
在单线程的程序里,有两种基本的数据:全局变量和局部变量。但在多线程程序里,还有第三种数据类型:线程数据(TSD: Thread-Specific Data)。
在实践的道路上走的太远,就需要回头看一下理论。操作系统,可以说是基础知识中的重中之重。
实时系统要求对事件的响应时间不能超过规定的期限,响应时间是指从某个事件发生到负责处理这个事件的进程处理完成的时间间隔,最大响应时间应该是确定的、可以预测的。
《原文出自http://blog.csdn.net/guosha, 转载请注明出处》
不能拷贝互斥量变量,但可以拷贝指向互斥量的指针,这样就可以使多个函数或线程共享互斥量来实现同步。上面动态申请的互斥量需要动态的撤销。
因为现代操作系统是多处理器计算的架构,必然更容易遇到多个进程,多个线程访问共享数据的情况,如下图所示:
综述 在上一篇介绍了linux驱动的调试方法,这一篇介绍一下在驱动编程中会遇到的并发和竟态以及如何处理并发和竞争。 首先什么是并发与竟态呢?并发(concurrency)指的是多个执行单元同时、并行被执行。而并发的执行单元对共享资源(硬件资源和软件上的全局、静态变量)的访问则容易导致竞态(race conditions)。可能导致并发和竟态的情况有: SMP(Symmetric Multi-Processing),对称多处理结构。SMP是一种紧耦合、共享存储的系统模型,它的特点是多个CPU使用共同的系统总线
铺垫 在Java SE 1.5之前,多线程并发中,synchronized一直都是一个元老级关键字,而且给人的一贯印象就是一个比较重的锁。 为此,在Java SE 1.6之后,这个关键字被做了很多的优化,从而让以往的“重量级锁”变得不再那么重。 synchronized主要有两种使用方法,一种是代码块,一种关键字写在方法上。 这两种用法底层究竟是怎么实现的呢?在1.6之前是怎么实现的呢? 字节码实现原理 在java语言中存在两种内建的synchronized语法:1、synchronized语句;2、s
曾经是某见的教学总监,我带出来的学生也有大几千了,基本都从事linux相关开发工作。现在在各行各业也基本都是翘楚,有的都成公司技术主管,带领几十人上百人团队。
在《DllMain中不当操作导致死锁问题的分析--死锁介绍》一文中,我们介绍了死锁产生的原因。一般来说,如果我们对线程同步技术掌握不牢,或者同步方案混乱,极容易导致死锁。本文我们将介绍如何使用valgrind排查死锁问题。(转载请指明出于breaksoftware的csdn博客)
在处理进程间的同步与互斥问题时,我们离不开信号量和PV原语,使用这两个工具的目的在于打造一段不可分割不可中断的程序。应当注意的是,信号量和PV原语是解决进程间同步与互斥问题的一种机制,但并不是唯一的机制。
初学者在使用 多线程 并发执行任务时一定会遇到 并发访问的问题,最直观的感受就是每次运行得出的结果值大概率不一致,这种执行结果不一致的现象是非常致命,因为它具有随机性,即结果可能是对的,也可能是错的,无法可靠的完成任务,类似物理学神兽 薛定谔的猫
线程(thread)技术早在60年代就被提出,但真正应用多线程到操作系统中去,是在80年代中期,solaris是这方面的佼佼者。传统的Unix也支持线程的概念,但是在一个进程(process)中只允许有一个线程,这样多线程就意味着多进程。现在,多线程技术已经被许多操作系统所支持,包括Windows/NT,当然,也包括Linux。 为什么有了进程的概念后,还要再引入线程呢?使用多线程到底有哪些好处?什么的系统应该选用多线程?我们首先必须回答这些问题。 使用多线程的理由之一是和进程相比,它是一种非常”节俭”的多任务操作方式。我们知道,在Linux系统下,启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间,建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段,这是一种”昂贵”的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程,它们彼此之间使用相同的地址空间,共享大部分数据,启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间,而且,线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。据统计,总的说来,一个进程的开销大约是一个线程开销的30倍左右,当然,在具体的系统上,这个数据可能会有较大的区别。 使用多线程的理由之二是线程间方便的通信机制。对不同进程来说,它们具有独立的数据空间,要进行数据的传递只能通过通信的方式进行,这种方式不仅费时,而且很不方便。线程则不然,由于同一进程下的线程之间共享数据空间,所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用,这不仅快捷,而且方便。当然,数据的共享也带来其他一些问题,有的变量不能同时被两个线程所修改,有的子程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击,这些正是编写多线程程序时最需要注意的地方。 除了以上所说的优点外,不和进程比较,多线程程序作为一种多任务、并发的工作方式,当然有以下的优点: 1) 提高应用程序响应。这对图形界面的程序尤其有意义,当一个操作耗时很长时,整个系统都会等待这个操作,此时程序不会响应键盘、鼠标、菜单的操作,而使用多线程技术,将耗时长的操作(time consuming)置于一个新的线程,可以避免这种尴尬的情况。 2) 使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时,不同的线程运行于不同的CPU上。 3) 改善程序结构。一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程,成为几个独立或半独立的运行部分,这样的程序会利于理解和修改。 下面我们先来尝试编写一个简单的多线程程序。
信号量强调的是线程(或进程)间的同步:“信号量用在多线程多任务同步的,一个线程完成了某一个动作就通过信号量告诉别的线程,别的线程再进行某些动作(大家都在sem_wait的时候,就阻塞在那里)。当信号量为单值信号量时,也可以完成一个资源的互斥访问。信号量测重于访问者对资源的有序访问,在大多数情况下,同步已经实现了互斥,特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。
大家应该都知道,python有一个GIL(全局解释器锁),用于控制多线程的并发行为。 注:GIL不是必须的,可以通过对每个资源单独加锁的方式去掉GIL,也就是将GIL换成更细粒度的锁。
初学操作系统的时候,我就一直懵逼,为啥进程同步与互斥机制里有信号量机制,进程通信里又有信号量机制,然后你再看网络上的各种面试题汇总或者博客,你会发现很多都是千篇一律的进程通信机制有哪些?进程同步与互斥机制鲜有人问津。看多了我都想把 CSDN 屏了.....,最后知道真相的我只想说为啥不能一篇博客把东西写清楚,没头没尾真的浪费时间。
引子 在编译2.6内核的时候,你会在编译选项中看到[*] Enable futex support这一项,上网查,有的资料会告诉你"不选这个内核不一定能正确的运行使用glibc的程序",那futex是什么?和glibc又有什么关系呢? 1. 什么是Futex Futex 是Fast Userspace muTexes的缩写,由Hubertus Franke, Matthew Kirkwood, Ingo Molnar and Rusty Russell共同设计完成。几位都是linux领域的专家,其中可能Ingo Molnar大家更熟悉一些,毕竟是O(1)调度器和CFS的实现者。 Futex按英文翻译过来就是快速用户空间互斥体。其设计思想其实 不难理解,在传统的Unix系统中,System V IPC(inter process communication),如 semaphores, msgqueues, sockets还有文件锁机制(flock())等进程间同步机制都是对一个内核对象操作来完成的,这个内核对象对要同步的进程都是可见的,其提供了共享 的状态信息和原子操作。当进程间要同步的时候必须要通过系统调用(如semop())在内核中完成。可是经研究发现,很多同步是无竞争的,即某个进程进入 互斥区,到再从某个互斥区出来这段时间,常常是没有进程也要进这个互斥区或者请求同一同步变量的。但是在这种情况下,这个进程也要陷入内核去看看有没有人 和它竞争,退出的时侯还要陷入内核去看看有没有进程等待在同一同步变量上。这些不必要的系统调用(或者说内核陷入)造成了大量的性能开销。为了解决这个问 题,Futex就应运而生,Futex是一种用户态和内核态混合的同步机制。首先,同步的进程间通过mmap共享一段内存,futex变量就位于这段共享 的内存中且操作是原子的,当进程尝试进入互斥区或者退出互斥区的时候,先去查看共享内存中的futex变量,如果没有竞争发生,则只修改futex,而不 用再执行系统调用了。当通过访问futex变量告诉进程有竞争发生,则还是得执行系统调用去完成相应的处理(wait 或者 wake up)。简单的说,futex就是通过在用户态的检查,(motivation)如果了解到没有竞争就不用陷入内核了,大大提高了low-contention时候的效率。 Linux从2.5.7开始支持Futex。 2. Futex系统调用 Futex是一种用户态和内核态混合机制,所以需要两个部分合作完成,linux上提供了sys_futex系统调用,对进程竞争情况下的同步处理提供支持。 其原型和系统调用号为 #include <linux/futex.h> #include <sys/time.h> int futex (int *uaddr, int op, int val, const struct timespec *timeout,int *uaddr2, int val3); #define __NR_futex 240 虽然参数有点长,其实常用的就是前面三个,后面的timeout大家都能理解,其他的也常被ignore。 uaddr就是用户态下共享内存的地址,里面存放的是一个对齐的整型计数器。 op存放着操作类型。定义的有5中,这里我简单的介绍一下两种,剩下的感兴趣的自己去man futex FUTEX_WAIT: 原子性的检查uaddr中计数器的值是否为val,如果是则让进程休眠,直到FUTEX_WAKE或者超时(time-out)。也就是把进程挂到uaddr相对应的等待队列上去。 FUTEX_WAKE: 最多唤醒val个等待在uaddr上进程。 可见FUTEX_WAIT和FUTEX_WAKE只是用来挂起或者唤醒进程,当然这部分工作也只能在内核态下完成。有些人尝试着直接使用futex系统调 用来实现进程同步,并寄希望获得futex的性能优势,这是有问题的。应该区分futex同步机制和futex系统调用。futex同步机制还包括用户态 下的操作,我们将在下节提到。 3. Futex同步机制 所有的futex同步操作都应该从用户空间开始,首先创建一个futex同步变量,也就是位于共享内存的一个整型计数器。 当 进程尝试持有锁或者要进入互斥区的时候,对futex执行"down"操作,即原子性的给futex同步变量减1。如果同步变量变为0,则没有竞争发生, 进程照常执行。如果同步变量是个负数,则意味着有竞争发生,需要调用futex系统调用的futex_wait操作休眠当前进程。 当进程释放锁或 者要离开互斥区的时候,对futex进行"up"操作,即原子性的给futex同步变量加1。如果同步变量由0变成1,则没有竞争发生,进程照常执
例如,用户运行自己的程序,系统就创建一个进程,并为它分配资源,包括各种表格、内存空间、磁盘空间、I/O设备等。
实例化程序A.daemon = True 说明该进程守护主进程,当主进程结束了该子进程默认会跟着结束
线程同步可以说在日常开发中是用的很多,但对于其内部如何实现的,一般人可能知道的并不多。本篇文章将从如何实现简单的锁开始,介绍linux中的锁实现futex的优点及原理。
之前一直在看POSIX的多线程编程,上个周末结合自己的理解,写了一个基于Qt的用条件变量同步线程的例子。故此来和大家一起分享,希望和大家一起交流。
入门 包含了正确的头文件只能编译通过,没链接正确的库链接会报错。 一些常用的库gcc会自动链接。 库的缺省路径/lib /usr/lib /usr/local/lib 不知道某个函数在那个库可以nm -o /lib *.so | grep 函数名 man sin 会列出包含的头文件和链接的库名。 man 2 sin 2表示系统调用,3表示c库函数 一旦子进程被创建,父子进程一起从fork处被创建。 创建子进程为了争夺资源。 重定向用dup2函数 kill -l查看信号种类 pthread_mutex不跨进
在早期的 Linux内核中,并发的来源相对较少。早期内核不支持对称多处理( symmetric multi processing,SMP),因此,导致并发执行的唯一原因是对硬件中断的服务。这种情况处理起来较为简单,但并不适用于为获得更好的性能而使用更多处理器且强调快速响应事件的系统。
各位好,今天是我们并发篇正式开始的第一篇,既然我们大家学习并发,那么就要理解一些计算机概念最好,否则,知道怎么用而不知道名称是啥,概念含糊不清,以及不知道怎么设计的,假如今天你突然换 go 语言,设计个并发还是不会。我们要学的是并发思想,在Java 中的思想,一通则百通,而不是背代码,切记切记。
C++语言并不支持多线程,C++的多线程编程是通过调用操作系统的低层函数实现的,常见的操作系统平台有MS的Windows、UNIX、LINUX、Open Solaris,C、C++都可以很好调用系统函数实现多线程。
LockSupport是用来创建locks的基本线程阻塞基元,比如AQS中实现线程挂起的方法,就是park,对应唤醒就是unpark。JDK中有使用的如下
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