linux 多线程共享内存

Linux多线程与共享内存基础概念

多线程：多线程是指在一个进程中同时运行多个线程，每个线程执行不同的任务。线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。

共享内存：共享内存是一种进程间通信（IPC）机制，允许多个进程访问同一块物理内存区域。这种通信方式非常高效，因为数据不需要在进程之间复制。

优势

性能提升：多线程可以利用多核CPU的优势，提高程序的执行效率。
资源共享：共享内存使得不同进程间的数据交换变得简单且快速。
实时性：对于需要实时响应的应用，多线程可以更好地满足需求。

类型

线程库：如POSIX线程（pthread）和LinuxThreads。
共享内存区：可以是匿名内存或具名内存。

应用场景

并发处理：如Web服务器、数据库服务器等。
实时系统：需要快速响应的系统。
数据处理密集型应用：如图形渲染、科学计算等。

遇到的问题及解决方法

问题1：竞态条件（Race Condition）

当多个线程同时访问同一资源时，如果没有适当的同步机制，可能会导致不可预测的结果。

解决方法：使用互斥锁（mutex）、信号量（semaphore）等同步原语来保护共享资源。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

int shared_data = 0;
pthread_mutex_t mutex;

void* thread_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    shared_data++;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[10];
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, NULL);
    }

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    printf("Shared data: %d\n", shared_data);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

问题2：死锁（Deadlock）

当两个或多个线程互相等待对方释放资源时，就会发生死锁。

解决方法：确保所有线程以相同的顺序获取锁，或者使用超时机制。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread1_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    // Do work
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    return NULL;
}

void* thread2_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1); // Change order to avoid deadlock
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    // Do work
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[2];
    pthread_create(&threads[0], NULL, thread1_func, NULL);
    pthread_create(&threads[1], NULL, thread2_func, NULL);

    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    return 0;
}