linux条件变量信号量

Linux 条件变量与信号量基础概念

条件变量（Condition Variables）

条件变量是一种同步机制，用于等待某个条件的成立。它通常与互斥锁（mutex）一起使用，以防止多个线程同时访问共享资源。条件变量允许线程在某个条件不满足时进入睡眠状态，并在条件改变时被唤醒。

主要操作：

pthread_cond_wait：等待条件变量，释放互斥锁并进入睡眠状态，直到被其他线程唤醒。
pthread_cond_signal：唤醒一个等待该条件变量的线程。
pthread_cond_broadcast：唤醒所有等待该条件变量的线程。

信号量（Semaphores）

信号量是一种计数器，用于控制多个进程或线程对共享资源的访问。它有两种基本类型：二进制信号量和计数信号量。

主要操作：

sem_wait：尝试减少信号量的值，如果值为零则阻塞。
sem_post：增加信号量的值，并可能唤醒等待的线程。

优势与应用场景

条件变量的优势与应用场景

优势： 允许线程在特定条件不满足时进入睡眠状态，节省CPU资源。
应用场景： 生产者-消费者问题，线程池管理，资源分配等。

信号量的优势与应用场景

优势： 可以控制多个线程或进程对有限资源的访问，防止资源竞争。
应用场景： 限制同时访问某一资源的线程数量，实现互斥访问，同步多个进程的执行顺序。

示例代码

条件变量示例

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

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
int ready = 0;

void* producer(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    ready = 1;
    pthread_cond_signal(&cond);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

void* consumer(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    while (!ready) {
        pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
    }
    printf("Consumer: Data is ready!\n");
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t producer_thread, consumer_thread;
    pthread_create(&producer_thread, NULL, producer, NULL);
    pthread_create(&consumer_thread, NULL, consumer, NULL);
    pthread_join(producer_thread, NULL);
    pthread_join(consumer_thread, NULL);
    return 0;
}

信号量示例

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

sem_t sem;

void* thread_func(void* arg) {
    sem_wait(&sem);
    printf("Thread entered critical section.\n");
    // Critical section
    sem_post(&sem);
    return NULL;
}

int main() {
    sem_init(&sem, 0, 3); // Allow 3 threads in critical section at a time
    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);
    }
    sem_destroy(&sem);
    return 0;
}