linux+互斥体+信号量

Linux中的互斥体与信号量

基础概念

互斥体（Mutex）：

互斥体是一种同步机制，用于保护共享资源，防止多个线程或进程同时访问导致的数据不一致。
当一个线程获得互斥体的锁时，其他线程必须等待直到锁被释放。

信号量（Semaphore）：

信号量是一种更通用的同步机制，可以控制多个线程或进程对共享资源的访问数量。
信号量的值表示可用资源的数量，线程或进程在访问资源前需要获取信号量，访问结束后释放信号量。

类型

互斥体：

二进制互斥体（Binary Mutex）：只能被一个线程持有，类似于锁。
计数互斥体（Counting Mutex）：可以被多个线程持有，但总数有限制。

信号量：

二进制信号量：类似于二进制互斥体，只能取0或1。
计数信号量：可以取大于1的整数值，表示可用资源的数量。

应用场景

互斥体：

保护共享数据结构，如全局变量、链表、队列等。
实现线程间的简单同步。

信号量：

控制并发访问资源的线程数量，如数据库连接池。
实现生产者-消费者模型，协调生产者和消费者的速度。

遇到的问题及解决方法

互斥体相关问题：

死锁：多个线程互相等待对方释放锁，导致程序无法继续执行。
- 解决方法：确保每个线程以相同的顺序获取锁，使用超时机制，或使用死锁检测算法。

信号量相关问题：

资源竞争：多个线程同时访问信号量，导致信号量值不正确。
- 解决方法：使用原子操作来更新信号量值，确保线程安全。
饥饿：某些线程长时间无法获取信号量，导致无法执行。
- 解决方法：使用公平信号量，确保每个线程都有机会获取信号量。

示例代码

互斥体示例（C语言）：

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

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int shared_data = 0;

void* thread_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    shared_data++;
    printf("Shared data: %d
", shared_data);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[10];
    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);
    }
    return 0;
}

信号量示例（C语言）：

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

sem_t sem = SEM_INITIALIZER(1); // 初始化信号量为1
int shared_data = 0;

void* thread_func(void* arg) {
    sem_wait(&sem);
    shared_data++;
    printf("Shared data: %d
", shared_data);
    sem_post(&sem);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[10];
    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);
    }
    return 0;
}

通过以上示例代码，可以看到互斥体和信号量在多线程编程中的应用及其基本操作。