Linux - Mutex & Condition

Created by : Mr Dk.

2021 / 03 / 02 20:25

Nanjing, Jiangsu, China

Semaphore

信号量用于进程 (或线程) 之间的同步：一个线程完成后，通知另一个线程。信号量自身带有数值，数值决定了共享资源的数量。如果共享资源的数量为 1，那么就可以完成资源的互斥访问。

具体操作：

线程互斥锁，用于锁住线程间的共享资源。相当于共享资源数量为 1 的信号量。具体操作：

初始化：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restric attr)
销毁：int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)
上锁
- 阻塞加锁：int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)
- 非阻塞试图加锁：int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex)
解锁：int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)

由一个线程上锁后，只能由那个线程解锁。

条件变量需要与 互斥锁 同时使用。互斥锁用于原子地计算条件。主要的操作是 wait 和 signal。在进行操作前，总是需要先获得互斥锁。

对于 wait 操作，线程进入等待队列，然后释放锁；被唤醒后返回前，线程重新获得锁并返回
对于 signal 操作，线程唤醒一个或多个等待线程后，释放锁；所有被唤醒的线程 重新竞争互斥锁，竞争成功的那个线程以持有互斥锁的方式从 wait 操作返回

发出 wait 和 signal 操作的线程不是同一个。具体操作：

初始化条件变量：int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_condattr_t *restrict attr)
销毁条件变量：int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond)
等待
- 阻塞等待：int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restric mutex)
- 超时等待：int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict timeout)
通知
- 通知一个线程 (按入队顺序)：int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond)
- 通知所有线程：int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond)

使用方式：在 signal 激活等待线程后，当前线程需要释放互斥锁。

// thread 1
pthread_mutex_lock(&mutex);
if (condition) {
    pthread_cond_signal(&cond);
}　　
pthread_mutex_unlock(&mutex);

当等待线程被唤醒后，重新对互斥锁进行竞争；竞争成功的线程从 wait 函数返回。从 wait 操作返回后，需要重新对条件进行判断：有可能在这段时间内，条件已经被改变了。

// thread 2
pthread_mutex_lock(&mutex);
while (condition) {
    pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);