linux多線程信號

㈠ 淺談linux 多線程編程和 windows 多線程編程的異同

首先我們講講為什麼要採用多線程編程，其實並不是所有的程序都必須採用多線程，有些時候採用多線程，性能還沒有單線程好。所以我們要搞清楚，什麼時候採用多線程。採用多線程的好處如下：
(1)因為多線程彼此之間採用相同的地址空間，共享大部分的數據，這樣和多進程相比，代價比較節儉，因為多進程的話，啟動新的進程必須分配給它獨立的地址空間，這樣需要數據表來維護代碼段，數據段和堆棧段等等。
(2)多線程和多進程相比，一個明顯的優點就是線程之間的通信了，對不同進程來說，它們具有獨立的數據空間，要進行數據的傳遞只能通過通信的方式進行，這種方式不僅費時，而且很不方便。但是對於多線程就不一樣了。他們之間可以直接共享數據，比如最簡單的方式就是共享全局變數。但是共享全部變數也要注意哦，呵呵，必須注意同步，不然後果你知道的。呵呵。
(3)在多cpu的情況下，不同的線程可以運行不同的cpu下，這樣就完全並行了。
反正我覺得在這種情況下，採用多線程比較理想。比如說你要做一個任務分2個步驟，你為提高工作效率，你可以多線程技術，開辟2個線程，第一個線程就做第一步的工作，第2個線程就做第2步的工作。但是你這個時候要注意同步了。因為只有第一步做完才能做第2步的工作。這時，我們可以採用同步技術進行線程之間的通信。
針對這種情況，我們首先講講多線程之間的通信，在windows平台下，多線程之間通信採用的方法主要有：
(1)共享全局變數,這種方法是最容易想到的，呵呵，那就首先講講吧，比如說吧，上面的問題，第一步要向第2步傳遞收據，我們可以之間共享全局變數，讓兩個線程之間傳遞數據，這時主要考慮的就是同步了，因為你後面的線程在對數據進行操作的時候，你第一個線程又改變了數據的內容，你不同步保護，後果很嚴重的。你也知道，這種情況就是讀臟數據了。在這種情況下，我們最容易想到的同步方法就是設置一個bool flag了，比如說在第2個線程還沒有用完數據前，第一個線程不能寫入。有時在2個線程所需的時間不相同的時候，怎樣達到最大效率的同步，就比較麻煩了。咱們可以多開幾個緩沖區進行操作。就像生產者消費者一樣了。如果是2個線程一直在跑的，由於時間不一致，緩沖區遲早會溢出的。在這種情況下就要考慮了，是不讓數據寫入還是讓數據覆蓋掉老的數據，這時候就要具體問題具體分析了。就此打住，呵呵。就是用bool變數控制同步，linux 和windows是一樣的。
既然講道了這里，就再講講其它同步的方法。同樣 針對上面的這個問題，共享全局變數同步問題。除了採用bool變數外，最容易想到的方法就是互斥量了。呵呵，也就是傳說中的加鎖了。windows下加鎖和linux下加鎖是類似的。採用互斥量進行同步，要想進入那段代碼，就先必須獲得互斥量。
linux上互斥量的函數是：
windows下互斥量的函數有：createmutex 創建一個互斥量，然後就是獲得互斥量waitforsingleobject函數，用完了就釋放互斥量ReleaseMutex(hMutex)，當減到0的時候 內核會才會釋放其對象。下面是windows下與互斥的幾個函數原型。
HANDLE WINAPI CreateMutex(
__in LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,
__in BOOL bInitialOwner,
__in LPCTSTR lpName
);
可以可用來創建一個有名或無名的互斥量對象
第一參數 可以指向一個結構體SECURITY_ATTRIBUTES一般可以設為null；
第二參數 指當時的函數是不是感應感應狀態 FALSE為當前擁有者不會創建互斥
第三參數 指明是否是有名的互斥對象 如果是無名 用null就好。
DWORD WINAPI WaitForSingleObject(
__in HANDLE hHandle,
__in DWORD dwMilliseconds
);
第一個是 創建的互斥對象的句柄。第二個是 表示將在多少時間之後返回 如果設為宏INFINITE 則不會返回 直到用戶自己定義返回。
對於linux操作系統，互斥也是類似的，只是函數不同罷了。在linux下，和互斥相關的幾個函數也要閃亮登場了。
pthread_mutex_init函數：初始化一個互斥鎖；
pthread_mutex_destroy函數：注銷一個互斥鎖；
pthread_mutex_lock函數：加鎖，如果不成功，阻塞等待；
pthread_mutex_unlock函數：解鎖；
pthread_mutex_trylock函數：測試加鎖，如果不成功就立即返回，錯誤碼為EBUSY;
至於這些函數的用法，google上一搜，就出來了，呵呵，在這里不多講了。windows下還有一個可以用來保護數據的方法，也是線程同步的方式
就是臨界區了。臨界區和互斥類似。它們之間的區別是，臨界區速度快，但是它只能用來同步同一個進程內的多個線程。臨界區的獲取和釋放函數如下：
EnterCriticalSection() 進入臨界區; LeaveCriticalSection()離開臨界區。 對於多線程共享內存的東東就講到這里了。
(2)採用消息機制進行多線程通信和同步，windows下面的的消息機制的函數用的多的就是postmessage了。Linux下的消息機制，我用的較少，就不在這里說了，如果誰熟悉的，也告訴我，呵呵。
(3)windows下的另外一種線程通信方法就是事件和信號量了。同樣針對我開始舉得例子，2個線程同步，他們之間傳遞信息，可以採用事件(Event)或信號量(Semaphore),比如第一個線程完成生產的數據後，就必須告訴第2個線程，他已經把數據准備好了，你可以來取走了。第2個線程就把數據取走。呵呵，這里可以採用消息機制，當第一個線程准備好數據後，就直接postmessage給第2個線程，按理說採用postmessage一個線程就可以搞定這個問題了。呵呵，不是重點，省略不講了。
對於linux，也有類似的方法，就是條件變數了，呵呵，這里windows和linux就有不同了。要特別講講才行。
對於windows，採用事件和信號量同步時候，都會使用waitforsingleobject進行等待的，這個函數的第一個參數是一個句柄，在這里可以是Event句柄，或Semaphore句柄，第2個參數就是等待的延遲，最終等多久，單位是ms，如果這個參數為INFINITE，那麼就是無限等待了。釋放信號量的函數為ReleaseSemaphore（）；釋放事件的函數為SetEvent。當然使用這些東西都要初始化的。這里就不講了。Msdn一搜，神馬都出來了，呵呵。神馬都是浮雲！
對於linux操作系統，是採用條件變數來實現類似的功能的。Linux的條件變數一般都是和互斥鎖一起使用的，主要的函數有：
pthread_mutex_lock ,
pthread_mutex_unlock,
pthread_cond_init
pthread_cond_signal
pthread_cond_wait
pthread_cond_timewait
為了和windows操作系統進行對比，我用以下表格進行比較：

對照以上表格,總結如下：
(1) Pthread_cleanup_push,Pthread_cleanup_pop：
這一對函數push和pop的作用是當出現異常退出時，做一些清除操作，即當在push和pop函數之間異常退出，包括調用pthread_exit退出，都會執行push裡面的清除函數，如果有多個push，注意是是棧，先執行後面的那個函數，在執行前面的函數，但是注意當在這2個函數之間通過return 退出的話，執不執行push後的函數就看pop函數中的參數是不是為0了。還有當沒有異常退出時，等同於在這裡面return退出的情況，即：當pop函數參數不為0時，執行清除操作，當pop函數參數為0時，不執行push函數中的清除函數。
（2）linux的pthread_cond_signal和SetEvent的不同點
Pthread_cond_singal釋放信號後，當沒有Pthread_cond_wait，信號馬上復位了，這點和SetEvent不同，SetEvent是不會復位的。詳解如下：
條件變數的置位和復位有2種常用模型：第一種模型是當條件變數置位時(signaled)以後，如果當前沒有線程在等待，其狀態會保持為置位(signaled)，直到有等待的線程進入被觸發,其狀態才會變為unsignaled,這種模型以採用Windows平台上的Auto-set Event 為代表。
第2種模型則是Linux平台的pthread所採用的模型，當條件變數置位(signaled)以後，即使當前沒有任何線程在等待，其狀態也會恢復為復位(unsignaled)狀態。
條件變數在Linux平台上的這種模型很難說好壞，在實際應用中，我們可以對
代碼稍加改進就可以避免這種差異的發生。由於這種差異只會發生在觸發沒有被線程等待在條件變數的時刻，因此我們只需要掌握好觸發的時機即可。最簡單的做法是增加一個計數器記錄等待線程的個數，在決定觸發條件變數前檢查該變數即可。
示例 使用 pthread_cond_wait() 和 pthread_cond_signal()
pthread_mutex_t count_lock;
pthread_cond_t count_nonzero;
unsigned count;
decrement_count()
{
pthread_mutex_lock(&count_lock);
while (count == 0)
pthread_cond_wait(&count_nonzero, &count_lock);
count = count - 1;
pthread_mutex_unlock(&count_lock);
}
increment_count()
{
pthread_mutex_lock(&count_lock);
if (count == 0)
pthread_cond_signal(&count_nonzero);
count = count + 1;
pthread_mutex_unlock(&count_lock);
}
(3) 注意Pthread_cond_wait條件返回時互斥鎖的解鎖問題
extern int pthread_cond_wait __P ((pthread_cond_t *__cond,pthread_mutex_t *__mutex));
調用這個函數時,線程解開mutex指向的鎖並被條件變數cond阻塞。線程可以被函數pthread_cond_signal和函數 pthread_cond_broadcast喚醒線程被喚醒後，它將重新檢查判斷條件是否滿足，如果還不滿足，一般說來線程應該仍阻塞在這里，被等待被下一次喚醒。如果在多線程中採用pthread_cond_wait來等待時，會首先釋放互斥鎖，當等待的信號到來時，再次獲得互斥鎖，因此在之後要注意手動解鎖。舉例如下：
#include
#include
#include
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; /*初始化互斥鎖*/
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; //初始化條件變數
void *thread1(void *);
void *thread2(void *);
int i=1;
int main(void)
{
pthread_t t_a;
pthread_t t_b;
pthread_create(&t_a,NULL,thread1,(void *)NULL);/*創建進程t_a*/
pthread_create(&t_b,NULL,thread2,(void *)NULL); /*創建進程t_b*/
pthread_join(t_b, NULL);/*等待進程t_b結束*/
pthread_mutex_destroy(&mutex);
pthread_cond_destroy(&cond);
exit(0);
}
void *thread1(void *junk)
{
for(i=1;i<=9;i++)
{
printf("IN one\n");
pthread_mutex_lock(&mutex);//
if(i%3==0)
pthread_cond_signal(&cond);/*，發送信號，通知t_b進程*/
else
printf("thead1:%d\n",i);
pthread_mutex_unlock(&mutex);//*解鎖互斥量*/
printf("Up Mutex\n");
sleep(3);
}
}
void *thread2(void *junk)
{
while(i<9)
{
printf("IN two \n");
pthread_mutex_lock(&mutex);
if(i%3!=0)
pthread_cond_wait(&cond,&mutex);/*等待*/
printf("thread2:%d\n",i);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
printf("Down Mutex\n");
sleep(3);
}
}
輸出如下：
IN one
thead1:1
Up Mutex
IN two
IN one
thead1:2
Up Mutex
IN one
thread2:3
Down Mutex
Up Mutex
IN one
thead1:4
Up Mutex
IN two
IN one
thead1:5
Up Mutex
IN one
Up Mutex
thread2:6
Down Mutex
IN two
thread2:6
Down Mutex
IN one
thead1:7
Up Mutex
IN one
thead1:8
Up Mutex
IN two
IN one
Up Mutex
thread2:9
Down Mutex
注意藍色的地方，有2個thread2:6，其實當這個程序多執行幾次，i=3和i=6時有可能多列印幾個，這里就是競爭鎖造成的了。
(4)另外要注意的Pthread_cond_timedwait等待的是絕對時間，這個和WaitForSingleObject是不同的，Pthread_cond_timedwait在網上也有討論。如下：這個問題比較經典，我把它搬過來。
thread_a ：
pthread_mutex_lock(&mutex);
//do something
pthread_mutex_unlock(&mutex)
thread_b：
pthread_mutex_lock(&mutex);
//do something
pthread_cond_timedwait(&cond, &mutex, &tm);
pthread_mutex_unlock(&mutex)
有如上兩個線程thread_a, thread_b,現在如果a已經進入了臨界區，而b同時超時了，那麼b會從pthread_cond_timedwait返回嗎？如果能返回，那豈不是a,b都在臨界區？如果不能返回，那pthread_cond_timedwait的定時豈不是就不準了？
大家討論有價值的2點如下：
（1） pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t *cv, pthread_mutex_t *external_mutex, const struct timespec *abstime) -- This function is a time-based variant of pthread_cond_wait. It waits up to abstime amount of time for cv to be notified. If abstime elapses before cv is notified, the function returns back to the caller with an ETIME result, signifying that a timeout has occurred. Even in the case of timeouts, the external_mutex will be locked when pthread_cond_timedwait returns.
（2） 2.1 pthread_cond_timedwait行為和pthread_cond_wait一樣，在返回的時候都要再次lock mutex.
2 .2pthread_cond_timedwait所謂的如果沒有等到條件變數，超時就返回，並不確切。
如果pthread_cond_timedwait超時到了，但是這個時候不能lock臨界區，pthread_cond_timedwait並不會立即返回，但是在pthread_cond_timedwait返回的時候，它仍在臨界區中，且此時返回值為ETIMEDOUT。
關於pthread_cond_timedwait超時返回的問題，我也認同觀點2。
附錄：
int pthread_create(pthread_t *restrict tidp,const pthread_attr_t *restrict_attr,void*（*start_rtn)(void*),void *restrict arg);
返回值：若成功則返回0，否則返回出錯編號
返回成功時，由tidp指向的內存單元被設置為新創建線程的線程ID。attr參數用於制定各種不同的線程屬性。新創建的線程從start_rtn函數的地址開始運行，該函數只有一個無指針參數arg，如果需要向start_rtn函數傳遞的參數不止一個，那麼需要把這些參數放到一個結構中，然後把這個結構的地址作為arg的參數傳入。
linux下用C開發多線程程序，Linux系統下的多線程遵循POSIX線程介面，稱為pthread。
由 restrict 修飾的指針是最初唯一對指針所指向的對象進行存取的方法，僅當第二個指針基於第一個時，才能對對象進行存取。對對象的存取都限定於基於由 restrict 修飾的指針表達式中。 由 restrict 修飾的指針主要用於函數形參，或指向由 malloc() 分配的內存空間。restrict 數據類型不改變程序的語義。 編譯器能通過作出 restrict 修飾的指針是存取對象的唯一方法的假設，更好地優化某些類型的常式。
第一個參數為指向線程標識符的指針。
第二個參數用來設置線程屬性。
第三個參數是線程運行函數的起始地址。
第四個參數是運行函數的參數。
因為pthread不是linux系統的庫，所以在編譯時注意加上-lpthread參數，以調用靜態鏈接庫。
終止線程：
如果在進程中任何一個線程中調用exit或_exit,那麼整個進行會終止，線程正常的退出方式有：
（1） 線程從啟動常式中返回(return)
（2） 線程可以被另一個進程終止（kill）；
（3） 線程自己調用pthread_exit函數
#include
pthread_exit
線程等待：
int pthread_join(pthread_t tid,void **rval_ptr)
函數pthread_join用來等待一個線程的結束。函數原型為：
extern int pthread_join __P (pthread_t __th, void **__thread_return);
第一個參數為被等待的線程標識符，第二個參數為一個用戶定義的指針，它可以用來存儲被等待線程的返回值。這個函數是一個線程阻塞的函數，調用它的函數將一直等待到被等待的線程結束為止，當函數返回時，被等待線程的資源被收回。
對於windows線程的創建東西，就不列舉了，msdn上 一搜就出來了。呵呵。今天就講到這里吧，希望是拋磚引玉，大家一起探討，呵呵。部分內容我也是參考internet的，特此對原作者表示感謝！

㈡ linux多線程信號量怎麼實現互斥啊

信號量與互斥鎖之間的區別：1. 互斥量用於線程的互斥，信號量用於線程的同步。 這是互斥量和信號量的根本區別，也就是互斥和同步之間的區別。 互斥：是指某一資源同時只允許一個訪問者對其進行訪問，具有唯一性和排它性。但互斥無法限制訪問者對資源的訪問順序，即訪問是無序的。 同步：是指在互斥的基礎上（大多數情況），通過其它機制實現訪問者對資源的有序訪問。在大多數情況下，同步已經實現了互斥，特別是所有寫入資源的情況必定是互斥的。少數情況是指可以允許多個訪問者同時訪問資源 2. 互斥量值只能為0/1，信號量值可以為非負整數。 也就是說，一個互斥量只能用於一個資源的互斥訪問，它不能實現多個資源的多線程互斥問題。信號量可以實現多個同類資源的多線程互斥和同步。當信號量為單值信號量是，也可以完成一個資源的互斥訪問。 3. 互斥量的加鎖和解鎖必須由同一線程分別對應使用，信號量可以由一個線程釋放，另一個線程得到。

㈢ 關於linux下的多線程使用sem信號量的運行問題

不是信號量的問題
printf函數，是先寫到輸出緩沖，遇到\n時，或者緩沖區滿時，或者有強制輸出（fflush）時，才會將緩沖區里的內容輸出到屏幕上(標准輸出設備：stdout)。你的代碼裡面並沒有以上3個觸發條件的任意一種，所以printf的內存沒有實際輸出到屏幕上。
你只要在每個printf函數後面加上fflush(stdout);就可以了。

㈣ linux 多線程是信號是由哪個線程處理

線程沒那麼難啦，pthread_t，我有ppt和一段小代碼，研究一下馬上就會，需要說下咯。先聲明，入門材料。

㈤ Linux多進程和線程同步的幾種方式

Linux 線程同步的三種方法
線程的最大特點是資源的共享性，但資源共享中的同步問題是多線程編程的難點。linux下提供了多種方式來處理線程同步，最常用的是互斥鎖、條件變數和信號量。
一、互斥鎖(mutex)
通過鎖機制實現線程間的同步。
初始化鎖。在Linux下，線程的互斥量數據類型是pthread_mutex_t。在使用前,要對它進行初始化。
靜態分配：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
動態分配：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);
加鎖。對共享資源的訪問，要對互斥量進行加鎖，如果互斥量已經上了鎖，調用線程會阻塞，直到互斥量被解鎖。
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
解鎖。在完成了對共享資源的訪問後，要對互斥量進行解鎖。
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
銷毀鎖。鎖在是使用完成後，需要進行銷毀以釋放資源。
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);
[csharp] view plain
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include "iostream"
using namespace std;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int tmp;
void* thread(void *arg)
{
cout << "thread id is " << pthread_self() << endl;
pthread_mutex_lock(&mutex);
tmp = 12;
cout << "Now a is " << tmp << endl;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return NULL;
}
int main()
{
pthread_t id;
cout << "main thread id is " << pthread_self() << endl;
tmp = 3;
cout << "In main func tmp = " << tmp << endl;
if (!pthread_create(&id, NULL, thread, NULL))
{
cout << "Create thread success!" << endl;
}
else
{
cout << "Create thread failed!" << endl;
}
pthread_join(id, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}
//編譯：g++ -o thread testthread.cpp -lpthread
二、條件變數(cond)
互斥鎖不同，條件變數是用來等待而不是用來上鎖的。條件變數用來自動阻塞一個線程，直到某特殊情況發生為止。通常條件變數和互斥鎖同時使用。條件變數分為兩部分: 條件和變數。條件本身是由互斥量保護的。線程在改變條件狀態前先要鎖住互斥量。條件變數使我們可以睡眠等待某種條件出現。條件變數是利用線程間共享的全局變數進行同步的一種機制，主要包括兩個動作：一個線程等待"條件變數的條件成立"而掛起；另一個線程使"條件成立"（給出條件成立信號）。條件的檢測是在互斥鎖的保護下進行的。如果一個條件為假，一個線程自動阻塞，並釋放等待狀態改變的互斥鎖。如果另一個線程改變了條件，它發信號給關聯的條件變數，喚醒一個或多個等待它的線程，重新獲得互斥鎖，重新評價條件。如果兩進程共享可讀寫的內存，條件變數可以被用來實現這兩進程間的線程同步。
初始化條件變數。
靜態態初始化，pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER;
動態初始化，int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);
等待條件成立。釋放鎖,同時阻塞等待條件變數為真才行。timewait()設置等待時間,仍未signal,返回ETIMEOUT(加鎖保證只有一個線程wait)
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex *mutex,const timespec *abstime);
激活條件變數。pthread_cond_signal,pthread_cond_broadcast（激活所有等待線程）
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); //解除所有線程的阻塞
清除條件變數。無線程等待,否則返回EBUSY
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
[cpp] view plain
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include "stdlib.h"
#include "unistd.h"
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;
void hander(void *arg)
{
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
void *thread1(void *arg)
{
pthread_cleanup_push(hander, &mutex);
while(1)
{
printf("thread1 is running\n");
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
printf("thread1 applied the condition\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(4);
}
pthread_cleanup_pop(0);
}
void *thread2(void *arg)
{
while(1)
{
printf("thread2 is running\n");
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
printf("thread2 applied the condition\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(1);
}
}
int main()
{
pthread_t thid1,thid2;
printf("condition variable study!\n");
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);
pthread_create(&thid1, NULL, thread1, NULL);
pthread_create(&thid2, NULL, thread2, NULL);
sleep(1);
do
{
pthread_cond_signal(&cond);
}while(1);
sleep(20);
pthread_exit(0);
return 0;
}
[cpp] view plain
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
struct node
{
int n_number;
struct node *n_next;
}*head = NULL;

static void cleanup_handler(void *arg)
{
printf("Cleanup handler of second thread./n");
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);
}
static void *thread_func(void *arg)
{
struct node *p = NULL;
pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);
while (1)
{
//這個mutex主要是用來保證pthread_cond_wait的並發性
pthread_mutex_lock(&mtx);
while (head == NULL)
{
//這個while要特別說明一下，單個pthread_cond_wait功能很完善，為何
//這里要有一個while (head == NULL)呢？因為pthread_cond_wait里的線
//程可能會被意外喚醒，如果這個時候head != NULL，則不是我們想要的情況。
//這個時候，應該讓線程繼續進入pthread_cond_wait
// pthread_cond_wait會先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mtx，
//然後阻塞在等待對列里休眠，直到再次被喚醒(大多數情況下是等待的條件成立
//而被喚醒，喚醒後，該進程會先鎖定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再讀取資源
//用這個流程是比較清楚的
pthread_cond_wait(&cond, &mtx);
p = head;
head = head->n_next;
printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);
free(p);
}
pthread_mutex_unlock(&mtx); //臨界區數據操作完畢，釋放互斥鎖
}
pthread_cleanup_pop(0);
return 0;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
int i;
struct node *p;
//子線程會一直等待資源，類似生產者和消費者，但是這里的消費者可以是多個消費者，而
//不僅僅支持普通的單個消費者，這個模型雖然簡單，但是很強大
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
sleep(1);
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
p->n_number = i;
pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head這個臨界資源，先加鎖，
p->n_next = head;
head = p;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mtx); //解鎖
sleep(1);
}
printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");
//關於pthread_cancel，有一點額外的說明，它是從外部終止子線程，子線程會在最近的取消點，退出
//線程，而在我們的代碼里，最近的取消點肯定就是pthread_cond_wait()了。
pthread_cancel(tid);
pthread_join(tid, NULL);
printf("All done -- exiting/n");
return 0;
}
三、信號量(sem)
如同進程一樣，線程也可以通過信號量來實現通信，雖然是輕量級的。信號量函數的名字都以"sem_"打頭。線程使用的基本信號量函數有四個。
信號量初始化。
int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);
這是對由sem指定的信號量進行初始化，設置好它的共享選項(linux 只支持為0，即表示它是當前進程的局部信號量)，然後給它一個初始值VALUE。
等待信號量。給信號量減1，然後等待直到信號量的值大於0。
int sem_wait(sem_t *sem);
釋放信號量。信號量值加1。並通知其他等待線程。
int sem_post(sem_t *sem);
銷毀信號量。我們用完信號量後都它進行清理。歸還佔有的一切資源。
int sem_destroy(sem_t *sem);
[cpp] view plain
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <errno.h>
#define return_if_fail(p) if((p) == 0){printf ("[%s]:func error!/n", __func__);return;}
typedef struct _PrivInfo
{
sem_t s1;
sem_t s2;
time_t end_time;
}PrivInfo;

static void info_init (PrivInfo* thiz);
static void info_destroy (PrivInfo* thiz);
static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz);
static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz);

int main (int argc, char** argv)
{
pthread_t pt_1 = 0;
pthread_t pt_2 = 0;
int ret = 0;
PrivInfo* thiz = NULL;
thiz = (PrivInfo* )malloc (sizeof (PrivInfo));
if (thiz == NULL)
{
printf ("[%s]: Failed to malloc priv./n");
return -1;
}
info_init (thiz);
ret = pthread_create (&pt_1, NULL, (void*)pthread_func_1, thiz);
if (ret != 0)
{
perror ("pthread_1_create:");
}
ret = pthread_create (&pt_2, NULL, (void*)pthread_func_2, thiz);
if (ret != 0)
{
perror ("pthread_2_create:");
}
pthread_join (pt_1, NULL);
pthread_join (pt_2, NULL);
info_destroy (thiz);
return 0;
}
static void info_init (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
thiz->end_time = time(NULL) + 10;
sem_init (&thiz->s1, 0, 1);
sem_init (&thiz->s2, 0, 0);
return;
}
static void info_destroy (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
sem_destroy (&thiz->s1);
sem_destroy (&thiz->s2);
free (thiz);
thiz = NULL;
return;
}
static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail(thiz != NULL);
while (time(NULL) < thiz->end_time)
{
sem_wait (&thiz->s2);
printf ("pthread1: pthread1 get the lock./n");
sem_post (&thiz->s1);
printf ("pthread1: pthread1 unlock/n");
sleep (1);
}
return;
}
static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
while (time (NULL) < thiz->end_time)
{
sem_wait (&thiz->s1);
printf ("pthread2: pthread2 get the unlock./n");
sem_post (&thiz->s2);
printf ("pthread2: pthread2 unlock./n");
sleep (1);
}
return;
}

㈥ linux多線程程序怎麼調試

多線程程序可能存在很多潛在的bug，如data race，dead lock，信號bug等，而這些bug一向很難調試，現在有很多論文都是基於多線程程序的調試技術的，比如model check，死鎖檢測，replay技術等，也有很多對應的工具，如intel的pinplay，微軟的Zing等。關於這些技術和工具，如果感興趣可以 google相應的論文進一步了解。這里我主要講述的是我在對二進制翻譯下多線程程序調試中經常使用的一些方法以及一些調試經驗，雖然我的調試的是二進制翻譯器，但是這些方法也同樣適用於大多數多線程程序。
1、最直接的方法就是在源程序插入printf語句來列印出一些有用的變數。這種方法的優點是不用藉助其他工具就可以對程序的運行進行觀察，缺點是插入語句的位置、粒度等都需要調試者自己去權衡，如果插入過多的列印語句，則頻繁的IO操作會使程序運行變慢，線程行為改變，有些bug甚至不會再出現。至於需要在什麼地方插入語句，首先，只列印有必要的變數，一個語句可以列印多個變數；其次，在循環中，我們可以通過設置一些條件來降低列印的粒度，比如下面這段代碼:
1 2 3 4 5 6 7 8 while(flag){ pc = getpc(); printf(「pc is:0x%x\n」, pc);//我們插入的列印語句 ...... ...... //do somthing using pc; }
假設我們對pc的取值很感興趣，需要列印出所有pc取到過的值，但是大多數情況下，getpc()的返回值都同上一次的返回值相同，這樣我們printf出來的就會有很多重復值。這種情況下我們可以用下面這種插樁方式來去處重復值：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 int lastpc; //定義為全局變數或局部靜態變數 while(flag){ pc = getpc(); if(pc !=lastpc){ lastpc = pc; printf(「pc is:0x%x\n」, pc); } ...... ......//do somthing using pc }
這樣通過一個簡單的判斷就可以省掉很多沒有必要的輸出。很多別的情形，比如我們只關心某一變數等於特定值(比如0)時其他變數的狀態，我們就沒有必要把改變數不等於0時的狀態列印出來。總之，能省則省，只列印我們需要的。
2、利用gdb的attach功能和sleep()函數。gdb是由gnu維護的功能強大的調試工具，並且支持多線程程序的調試，可以在gdb下直接運行一個多線程程序，通過thread等命令進行調試。但是很多多線程程序在其他工具(gdb,pin,strace等)監管下，原有的bug就不會出現。這的確是很讓人頭疼的事情，也是我十分不喜歡這個方法的原因，想像一下，一個程序直接跑就出錯，但是放到gdb下就能得到正確的結果，好像故意在耍我們一樣。我更喜歡使用gdb的attach功能，我們可以通過下面的命令來讓gdb接管一個運行的線程：
1 gdb attach <pid>
這種方法的好處是能夠使gdb對程序執行的影響最小，而且可以只接管程序中某一條我們所關心的線程，而其他線程不受影響。
這時有人會問，如果線程執行過快，我們還沒來得及attach線程就已經執行完或者mp掉了，這種情況該怎麼辦？解決方法很簡單，既然線程執行過快，我們就讓它等一等，可以在源代碼中讓我們關心這個線程sleep()一小會兒，這樣我們就有足夠的時間來attach它，並且attach的位置我們也可以進行控制，想在哪裡attach，就在哪裡sleep。
3、第三種方法是利用信號處理函數來獲取一些信息。在多線程程序的壓力測試中，很多錯誤要每隔幾百幾千次運行才能出現一次，而這種錯誤的replay是很困難的，因此捕捉到這種錯誤的現場很重要。這里我習慣利用信號處理程序來保存這樣的現場，這樣你可以晚上寫個腳本讓程序無限跑，早上起來你會發現程序停在出錯的地方，這是很愜意的事情。
多數多線程程序出錯，都是訪問非法內存，也就是我們常說的「段錯誤」(segmentation fault)，程序發生非法內存的訪問，系統會發給線程一個SIGSEGV信號，這個信號默認處理為core掉該線程。我們可以對這個信號進行利用，為其注冊一個信號處理函數：
1 2 3 4 struct sigaction act; act.sa_flags = SA_SIGINFO; act.sa_sigaction = signal_handler; sigaction(SIGSEGV, &act, NULL); //SIGSEGV表示該信號的值
信號處理函數如下：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 void signal_handler(int host_signum, siginfo_t *info, void *puc){ structucontext *uc = (struct ucontext *)puc; int loopflag = 1; while(loopflag)//可以在gdb中手動更改loopflag的值跳出循環 sleep(1); ...... //這里可以列印一些感興趣的變數 }
函數參數中，puc是一個體系結構相關的指針，不同的體系結構，指針指向的結構不一樣，裡面存放了發生信號時線程的寄存器的值，程序地址等信息，函數內第一句話的目的就是把void類型轉換成ucontext結構類型，這樣在gdb中可以直接print出該結構的成員。
函數中sleep的作用是讓程序停在信號處理程序中，以給我們足夠的時間進行attach。如果想讓程序繼續運行下去，手動把loopflag修改為1即可。用while循環的目的是我們可以在運行時手動控制sleep的時間。
這種方法同樣適用於其他信號帶來的bug，比如SIGBUS等。在二進制翻譯下，還可以使用這種方法對二進制翻譯器信號處理進行跟蹤和調試，具體使用讀者可以自己去發掘。
4、利用strace得到我們關心的信息。大多數情況下我們用strace的目的是跟蹤系統調用，但其實strace對多線程程序的調試有很大的幫助，使用strace列印多線程程序信息的命令如下：
1 strace -F ./test
如果我們對某些系統調用，如gettimeofday，ioctl不感興趣，可以屏蔽掉
1 strace -F -etrace=\!gettimeofday,ioctl ./test
通過strace列印出的信息，我們可以對什麼時候產生了一個子線程，那個線程在等待，哪個線程被喚醒，哪個線程收到信號，哪個線程core掉有一個綜合的了解，這些信息對多線程調試會起到很大的作用。
還有很多方法比如利用core文件等，很多地方可以查到，我不做累贅的介紹。總之技術是死的，但是方法是靈活的，當傳統方法解決不了一個問題的時候，可以放開思路嘗試其他的方法。

㈦ linux多線程問題。

少了pthread_t t1,t2吧。

gcc file.c -o file -lpthread編譯. 運行結果：

線程--1
線程--2
線程--2
信號!

可以收到信號。你有什麼問題？

㈧ 如何實現linux下多線程之間的互斥與同步

Linux設備驅動中必須解決的一個問題是多個進程對共享資源的並發訪問，並發訪問會導致競態，linux提供了多種解決競態問題的方式，這些方式適合不同的應用場景。

Linux內核是多進程、多線程的操作系統，它提供了相當完整的內核同步方法。內核同步方法列表如下：
中斷屏蔽
原子操作
自旋鎖
讀寫自旋鎖
順序鎖
信號量
讀寫信號量
BKL（大內核鎖）
Seq鎖
一、並發與競態：
定義：
並發（concurrency）指的是多個執行單元同時、並行被執行，而並發的執行單元對共享資源（硬體資源和軟體上的全局變數、靜態變數等）的訪問則很容易導致競態（race conditions）。
在linux中，主要的競態發生在如下幾種情況：
1、對稱多處理器（SMP）多個CPU
特點是多個CPU使用共同的系統匯流排，因此可訪問共同的外設和存儲器。
2、單CPU內進程與搶占它的進程
3、中斷（硬中斷、軟中斷、Tasklet、底半部）與進程之間
只要並發的多個執行單元存在對共享資源的訪問，競態就有可能發生。
如果中斷處理程序訪問進程正在訪問的資源，則競態也會會發生。
多個中斷之間本身也可能引起並發而導致競態（中斷被更高優先順序的中斷打斷）。

解決競態問題的途徑是保證對共享資源的互斥訪問，所謂互斥訪問就是指一個執行單元在訪問共享資源的時候，其他的執行單元都被禁止訪問。

訪問共享資源的代碼區域被稱為臨界區，臨界區需要以某種互斥機制加以保護，中斷屏蔽，原子操作，自旋鎖，和信號量都是linux設備驅動中可採用的互斥途徑。

臨界區和競爭條件：
所謂臨界區（critical regions）就是訪問和操作共享數據的代碼段，為了避免在臨界區中並發訪問，編程者必須保證這些代碼原子地執行——也就是說，代碼在執行結束前不可被打斷，就如同整個臨界區是一個不可分割的指令一樣，如果兩個執行線程有可能處於同一個臨界區中，那麼就是程序包含一個bug，如果這種情況發生了，我們就稱之為競爭條件（race conditions），避免並發和防止競爭條件被稱為同步。

死鎖：
死鎖的產生需要一定條件：要有一個或多個執行線程和一個或多個資源，每個線程都在等待其中的一個資源，但所有的資源都已經被佔用了，所有線程都在相互等待，但它們永遠不會釋放已經佔有的資源，於是任何線程都無法繼續，這便意味著死鎖的發生。

二、中斷屏蔽
在單CPU范圍內避免競態的一種簡單方法是在進入臨界區之前屏蔽系統的中斷。
由於linux內核的進程調度等操作都依賴中斷來實現，內核搶占進程之間的並發也就得以避免了。
中斷屏蔽的使用方法：
local_irq_disable()//屏蔽中斷
//臨界區
local_irq_enable()//開中斷
特點：
由於linux系統的非同步IO，進程調度等很多重要操作都依賴於中斷，在屏蔽中斷期間所有的中斷都無法得到處理，因此長時間的屏蔽是很危險的，有可能造成數據丟失甚至系統崩潰，這就要求在屏蔽中斷之後，當前的內核執行路徑應當盡快地執行完臨界區的代碼。
中斷屏蔽只能禁止本CPU內的中斷，因此，並不能解決多CPU引發的競態，所以單獨使用中斷屏蔽並不是一個值得推薦的避免競態的方法，它一般和自旋鎖配合使用。

三、原子操作
定義：原子操作指的是在執行過程中不會被別的代碼路徑所中斷的操作。
（原子原本指的是不可分割的微粒，所以原子操作也就是不能夠被分割的指令）
（它保證指令以「原子」的方式執行而不能被打斷）
原子操作是不可分割的，在執行完畢不會被任何其它任務或事件中斷。在單處理器系統(UniProcessor)中，能夠在單條指令中完成的操作都可以認為是" 原子操作"，因為中斷只能發生於指令之間。這也是某些CPU指令系統中引入了test_and_set、test_and_clear等指令用於臨界資源互斥的原因。但是，在對稱多處理器(Symmetric Multi-Processor)結構中就不同了，由於系統中有多個處理器在獨立地運行，即使能在單條指令中完成的操作也有可能受到干擾。我們以decl (遞減指令)為例，這是一個典型的"讀－改－寫"過程，涉及兩次內存訪問。
通俗理解：
原子操作，顧名思義，就是說像原子一樣不可再細分。一個操作是原子操作，意思就是說這個操作是以原子的方式被執行，要一口氣執行完，執行過程不能夠被OS的其他行為打斷，是一個整體的過程，在其執行過程中，OS的其它行為是插不進來的。
分類：linux內核提供了一系列函數來實現內核中的原子操作，分為整型原子操作和位原子操作，共同點是：在任何情況下操作都是原子的，內核代碼可以安全的調用它們而不被打斷。

原子整數操作：
針對整數的原子操作只能對atomic_t類型的數據進行處理，在這里之所以引入了一個特殊的數據類型，而沒有直接使用C語言的int型，主要是出於兩個原因：
第一、讓原子函數只接受atomic_t類型的操作數，可以確保原子操作只與這種特殊類型數據一起使用，同時，這也確保了該類型的數據不會被傳遞給其它任何非原子函數；
第二、使用atomic_t類型確保編譯器不對相應的值進行訪問優化——這點使得原子操作最終接收到正確的內存地址，而不是一個別名，最後就是在不同體系結構上實現原子操作的時候，使用atomic_t可以屏蔽其間的差異。
原子整數操作最常見的用途就是實現計數器。
另一點需要說明原子操作只能保證操作是原子的，要麼完成，要麼不完成，不會有操作一半的可能，但原子操作並不能保證操作的順序性，即它不能保證兩個操作是按某個順序完成的。如果要保證原子操作的順序性，請使用內存屏障指令。
atomic_t和ATOMIC_INIT(i)定義
typedef struct { volatile int counter; } atomic_t;
#define ATOMIC_INIT(i) { (i) }

在你編寫代碼的時候，能使用原子操作的時候，就盡量不要使用復雜的加鎖機制，對多數體系結構來講，原子操作與更復雜的同步方法相比較，給系統帶來的開銷小，對高速緩存行的影響也小，但是，對於那些有高性能要求的代碼，對多種同步方法進行測試比較，不失為一種明智的作法。

原子位操作：
針對位這一級數據進行操作的函數，是對普通的內存地址進行操作的。它的參數是一個指針和一個位號。

為方便其間，內核還提供了一組與上述操作對應的非原子位函數，非原子位函數與原子位函數的操作完全相同，但是，前者不保證原子性，且其名字前綴多兩個下劃線。例如，與test_bit()對應的非原子形式是_test_bit()，如果你不需要原子性操作（比如，如果你已經用鎖保護了自己的數據），那麼這些非原子的位函數相比原子的位函數可能會執行得更快些。

四、自旋鎖
自旋鎖的引入：
如 果每個臨界區都能像增加變數這樣簡單就好了，可惜現實不是這樣，而是臨界區可以跨越多個函數，例如：先得從一個數據結果中移出數據，對其進行格式轉換和解 析，最後再把它加入到另一個數據結構中，整個執行過程必須是原子的，在數據被更新完畢之前，不能有其他代碼讀取這些數據，顯然，簡單的原子操作是無能為力 的（在單處理器系統(UniProcessor)中，能夠在單條指令中完成的操作都可以認為是" 原子操作"，因為中斷只能發生於指令之間），這就需要使用更為復雜的同步方法——鎖來提供保護。

自旋鎖的介紹：
Linux內核中最常見的鎖是自旋鎖（spin lock），自旋鎖最多隻能被一個可執行線程持有，如果一個執行線程試圖獲得一個被爭用（已經被持有）的自旋鎖，那麼該線程就會一直進行忙循環—旋轉—等待鎖重新可用，要是鎖未被爭用，請求鎖的執行線程便能立刻得到它，繼續執行，在任意時間，自旋鎖都可以防止多於一個的執行線程同時進入理解區，注意同一個鎖可以用在多個位置—例如，對於給定數據的所有訪問都可以得到保護和同步。
一個被爭用的自旋鎖使得請求它的線程在等待鎖重新可用時自旋（特別浪費處理器時間），所以自旋鎖不應該被長時間持有，事實上，這點正是使用自旋鎖的初衷，在短期間內進行輕量級加鎖，還可以採取另外的方式來處理對鎖的爭用：讓請求線程睡眠，直到鎖重新可用時再喚醒它，這樣處理器就不必循環等待，可以去執行其他代碼，這也會帶來一定的開銷——這里有兩次明顯的上下文切換， 被阻塞的線程要換出和換入。因此，持有自旋鎖的時間最好小於完成兩次上下文切換的耗時，當然我們大多數人不會無聊到去測量上下文切換的耗時，所以我們讓持 有自旋鎖的時間應盡可能的短就可以了，信號量可以提供上述第二種機制，它使得在發生爭用時，等待的線程能投入睡眠，而不是旋轉。
自旋鎖可以使用在中斷處理程序中（此處不能使用信號量，因為它們會導致睡眠），在中斷處理程序中使用自旋鎖時，一定要在獲取鎖之前，首先禁止本地中斷（在 當前處理器上的中斷請求），否則，中斷處理程序就會打斷正持有鎖的內核代碼，有可能會試圖去爭用這個已經持有的自旋鎖，這樣以來，中斷處理程序就會自旋， 等待該鎖重新可用，但是鎖的持有者在這個中斷處理程序執行完畢前不可能運行，這正是我們在前一章節中提到的雙重請求死鎖，注意，需要關閉的只是當前處理器上的中斷，如果中斷發生在不同的處理器上，即使中斷處理程序在同一鎖上自旋，也不會妨礙鎖的持有者（在不同處理器上）最終釋放鎖。

自旋鎖的簡單理解：
理解自旋鎖最簡單的方法是把它作為一個變數看待，該變數把一個臨界區或者標記為「我當前正在運行，請稍等一會」或者標記為「我當前不在運行，可以被使用」。如果A執行單元首先進入常式，它將持有自旋鎖，當B執行單元試圖進入同一個常式時，將獲知自旋鎖已被持有，需等到A執行單元釋放後才能進入。

自旋鎖的API函數：

其實介紹的幾種信號量和互斥機制，其底層源碼都是使用自旋鎖,可以理解為自旋鎖的再包裝。所以從這里就可以理解為什麼自旋鎖通常可以提供比信號量更高的性能。
自旋鎖是一個互斥設備，他只能會兩個值：「鎖定」和「解鎖」。它通常實現為某個整數之中的單個位。
「測試並設置」的操作必須以原子方式完成。
任何時候，只要內核代碼擁有自旋鎖，在相關CPU上的搶占就會被禁止。
適用於自旋鎖的核心規則：
（1）任何擁有自旋鎖的代碼都必須使原子的，除服務中斷外（某些情況下也不能放棄CPU,如中斷服務也要獲得自旋鎖。為了避免這種鎖陷阱，需要在擁有自旋鎖時禁止中斷），不能放棄CPU（如休眠，休眠可發生在許多無法預期的地方）。否則CPU將有可能永遠自旋下去（死機）。
（2）擁有自旋鎖的時間越短越好。

需 要強調的是，自旋鎖別設計用於多處理器的同步機制，對於單處理器（對於單處理器並且不可搶占的內核來說，自旋鎖什麼也不作），內核在編譯時不會引入自旋鎖 機制，對於可搶占的內核，它僅僅被用於設置內核的搶占機制是否開啟的一個開關，也就是說加鎖和解鎖實際變成了禁止或開啟內核搶占功能。如果內核不支持搶 占，那麼自旋鎖根本就不會編譯到內核中。
內核中使用spinlock_t類型來表示自旋鎖，它定義在：
typedef struct {
raw_spinlock_t raw_lock;
#if defined(CONFIG_PREEMPT) && defined(CONFIG_SMP)
unsigned int break_lock;
#endif
} spinlock_t;

對於不支持SMP的內核來說，struct raw_spinlock_t什麼也沒有，是一個空結構。對於支持多處理器的內核來說，struct raw_spinlock_t定義為
typedef struct {
unsigned int slock;
} raw_spinlock_t;

slock表示了自旋鎖的狀態，「1」表示自旋鎖處於解鎖狀態（UNLOCK），「0」表示自旋鎖處於上鎖狀態（LOCKED）。
break_lock表示當前是否由進程在等待自旋鎖，顯然，它只有在支持搶占的SMP內核上才起作用。
自旋鎖的實現是一個復雜的過程，說它復雜不是因為需要多少代碼或邏輯來實現它，其實它的實現代碼很少。自旋鎖的實現跟體系結構關系密切，核心代碼基本也是由匯編語言寫成，與體協結構相關的核心代碼都放在相關的目錄下，比如。對於我們驅動程序開發人員來說，我們沒有必要了解這么spinlock的內部細節，如果你對它感興趣，請參考閱讀Linux內核源代碼。對於我們驅動的spinlock介面，我們只需包括頭文件。在我們詳細的介紹spinlock的API之前，我們先來看看自旋鎖的一個基本使用格式：
#include
spinlock_t lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;

spin_lock(&lock);
....
spin_unlock(&lock);

從使用上來說，spinlock的API還很簡單的，一般我們會用的的API如下表，其實它們都是定義在中的宏介面，真正的實現在中
#include
SPIN_LOCK_UNLOCKED
DEFINE_SPINLOCK
spin_lock_init( spinlock_t *)
spin_lock(spinlock_t *)
spin_unlock(spinlock_t *)
spin_lock_irq(spinlock_t *)
spin_unlock_irq(spinlock_t *)
spin_lock_irqsace(spinlock_t *，unsigned long flags)
spin_unlock_irqsace(spinlock_t *, unsigned long flags)
spin_trylock(spinlock_t *)
spin_is_locked(spinlock_t *)

• 初始化
spinlock有兩種初始化形式，一種是靜態初始化，一種是動態初始化。對於靜態的spinlock對象，我們用 SPIN_LOCK_UNLOCKED來初始化，它是一個宏。當然，我們也可以把聲明spinlock和初始化它放在一起做，這就是 DEFINE_SPINLOCK宏的工作，因此，下面的兩行代碼是等價的。
DEFINE_SPINLOCK (lock);
spinlock_t lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;

spin_lock_init 函數一般用來初始化動態創建的spinlock_t對象，它的參數是一個指向spinlock_t對象的指針。當然，它也可以初始化一個靜態的沒有初始化的spinlock_t對象。
spinlock_t *lock
......
spin_lock_init(lock);

• 獲取鎖
內核提供了三個函數用於獲取一個自旋鎖。
spin_lock：獲取指定的自旋鎖。
spin_lock_irq：禁止本地中斷並獲取自旋鎖。
spin_lock_irqsace：保存本地中斷狀態，禁止本地中斷並獲取自旋鎖，返回本地中斷狀態。

自旋鎖是可以使用在中斷處理程序中的，這時需要使用具有關閉本地中斷功能的函數，我們推薦使用 spin_lock_irqsave，因為它會保存加鎖前的中斷標志，這樣就會正確恢復解鎖時的中斷標志。如果spin_lock_irq在加鎖時中斷是關閉的，那麼在解鎖時就會錯誤的開啟中斷。

另外兩個同自旋鎖獲取相關的函數是：
spin_trylock()：嘗試獲取自旋鎖，如果獲取失敗則立即返回非0值，否則返回0。
spin_is_locked()：判斷指定的自旋鎖是否已經被獲取了。如果是則返回非0，否則，返回0。
• 釋放鎖
同獲取鎖相對應，內核提供了三個相對的函數來釋放自旋鎖。
spin_unlock：釋放指定的自旋鎖。
spin_unlock_irq：釋放自旋鎖並激活本地中斷。
spin_unlock_irqsave：釋放自旋鎖，並恢復保存的本地中斷狀態。

五、讀寫自旋鎖
如 果臨界區保護的數據是可讀可寫的，那麼只要沒有寫操作，對於讀是可以支持並發操作的。對於這種只要求寫操作是互斥的需求，如果還是使用自旋鎖顯然是無法滿 足這個要求（對於讀操作實在是太浪費了）。為此內核提供了另一種鎖－讀寫自旋鎖，讀自旋鎖也叫共享自旋鎖，寫自旋鎖也叫排他自旋鎖。
讀寫自旋鎖是一種比自旋鎖粒度更小的鎖機制，它保留了「自旋」的概念，但是在寫操作方面，只能最多有一個寫進程，在讀操作方面，同時可以有多個讀執行單元，當然，讀和寫也不能同時進行。
讀寫自旋鎖的使用也普通自旋鎖的使用很類似，首先要初始化讀寫自旋鎖對象：
// 靜態初始化
rwlock_t rwlock = RW_LOCK_UNLOCKED;
//動態初始化
rwlock_t *rwlock;
...
rw_lock_init(rwlock);

在讀操作代碼里對共享數據獲取讀自旋鎖：
read_lock(&rwlock);
...
read_unlock(&rwlock);

在寫操作代碼里為共享數據獲取寫自旋鎖：
write_lock(&rwlock);
...
write_unlock(&rwlock);

需要注意的是，如果有大量的寫操作，會使寫操作自旋在寫自旋鎖上而處於寫飢餓狀態（等待讀自旋鎖的全部釋放），因為讀自旋鎖會自由的獲取讀自旋鎖。

讀寫自旋鎖的函數類似於普通自旋鎖，這里就不一一介紹了，我們把它列在下面的表中。
RW_LOCK_UNLOCKED
rw_lock_init(rwlock_t *)
read_lock(rwlock_t *)
read_unlock(rwlock_t *)
read_lock_irq(rwlock_t *)
read_unlock_irq(rwlock_t *)
read_lock_irqsave(rwlock_t *, unsigned long)
read_unlock_irqsave(rwlock_t *, unsigned long)
write_lock(rwlock_t *)
write_unlock(rwlock_t *)
write_lock_irq(rwlock_t *)
write_unlock_irq(rwlock_t *)
write_lock_irqsave(rwlock_t *, unsigned long)
write_unlock_irqsave(rwlock_t *, unsigned long)
rw_is_locked(rwlock_t *)
六、順序瑣
順序瑣（seqlock）是對讀寫鎖的一種優化，若使用順序瑣，讀執行單元絕不會被寫執行單元阻塞，也就是說，讀執行單元可以在寫執行單元對被順序瑣保護的共享資源進行寫操作時仍然可以繼續讀，而不必等待寫執行單元完成寫操作，寫執行單元也不需要等待所有讀執行單元完成讀操作才去進行寫操作。
但是，寫執行單元與寫執行單元之間仍然是互斥的，即如果有寫執行單元在進行寫操作，其它寫執行單元必須自旋在哪裡，直到寫執行單元釋放了順序瑣。
如果讀執行單元在讀操作期間，寫執行單元已經發生了寫操作，那麼，讀執行單元必須重新讀取數據，以便確保得到的數據是完整的，這種鎖在讀寫同時進行的概率比較小時，性能是非常好的，而且它允許讀寫同時進行，因而更大的提高了並發性，
注意，順序瑣由一個限制，就是它必須被保護的共享資源不含有指針，因為寫執行單元可能使得指針失效，但讀執行單元如果正要訪問該指針，將導致Oops。
七、信號量
Linux中的信號量是一種睡眠鎖，如果有一個任務試圖獲得一個已經被佔用的信號量時，信號量會將其推進一個等待隊列，然後讓其睡眠，這時處理器能重獲自由，從而去執行其它代碼，當持有信號量的進程將信號量釋放後，處於等待隊列中的哪個任務被喚醒，並獲得該信號量。
信號量，或旗標，就是我們在操作系統里學習的經典的P/V原語操作。
P：如果信號量值大於0，則遞減信號量的值，程序繼續執行，否則，睡眠等待信號量大於0。
V：遞增信號量的值，如果遞增的信號量的值大於0，則喚醒等待的進程。

信號量的值確定了同時可以有多少個進程可以同時進入臨界區，如果信號量的初始值始1，這信號量就是互斥信號量（MUTEX）。對於大於1的非0值信號量，也可稱為計數信號量（counting semaphore）。對於一般的驅動程序使用的信號量都是互斥信號量。
類似於自旋鎖，信號量的實現也與體系結構密切相關，具體的實現定義在頭文件中，對於x86_32系統來說，它的定義如下：
struct semaphore {
atomic_t count;
int sleepers;
wait_queue_head_t wait;
};

信號量的初始值count是atomic_t類型的，這是一個原子操作類型，它也是一個內核同步技術，可見信號量是基於原子操作的。我們會在後面原子操作部分對原子操作做詳細介紹。

信號量的使用類似於自旋鎖，包括創建、獲取和釋放。我們還是來先展示信號量的基本使用形式：
static DECLARE_MUTEX(my_sem);
......
if (down_interruptible(&my_sem))

{
return -ERESTARTSYS;
}
......
up(&my_sem)

Linux內核中的信號量函數介面如下：
static DECLARE_SEMAPHORE_GENERIC(name, count);
static DECLARE_MUTEX(name);
seam_init(struct semaphore *, int);
init_MUTEX(struct semaphore *);
init_MUTEX_LOCKED(struct semaphore *)
down_interruptible(struct semaphore *);
down(struct semaphore *)
down_trylock(struct semaphore *)
up(struct semaphore *)
• 初始化信號量
信號量的初始化包括靜態初始化和動態初始化。靜態初始化用於靜態的聲明並初始化信號量。
static DECLARE_SEMAPHORE_GENERIC(name, count);
static DECLARE_MUTEX(name);

對於動態聲明或創建的信號量，可以使用如下函數進行初始化：
seam_init(sem, count);
init_MUTEX(sem);
init_MUTEX_LOCKED(struct semaphore *)

顯然，帶有MUTEX的函數始初始化互斥信號量。LOCKED則初始化信號量為鎖狀態。
• 使用信號量
信號量初始化完成後我們就可以使用它了
down_interruptible(struct semaphore *);
down(struct semaphore *)
down_trylock(struct semaphore *)
up(struct semaphore *)

down函數會嘗試獲取指定的信號量，如果信號量已經被使用了，則進程進入不可中斷的睡眠狀態。down_interruptible則會使進程進入可中斷的睡眠狀態。關於進程狀態的詳細細節，我們在內核的進程管理里在做詳細介紹。

down_trylock嘗試獲取信號量， 如果獲取成功則返回0，失敗則會立即返回非0。

當退出臨界區時使用up函數釋放信號量，如果信號量上的睡眠隊列不為空，則喚醒其中一個等待進程。

八、讀寫信號量
類似於自旋鎖，信號量也有讀寫信號量。讀寫信號量API定義在頭文件中，它的定義其實也是體系結構相關的，因此具體實現定義在頭文件中，以下是x86的例子：
struct rw_semaphore {
signed long count;
spinlock_t wait_lock;
struct list_head wait_list;
};

㈨ Linux 線程間通信是如何實現的

Linux線程間通信：
1）共享內存
2）管道
3）消息隊列
4）信號量
5）套接字

㈩ Linux 的多線程編程中，如何給線程發信號

不管是在進程還是線程，很多時候我們都會使用一些定時器之類的功能，這里就定時器在多線程的使用說一下。首先在linux編程中定時器函數有alarm()和setitimer(),alarm()可以提供一個基於秒的定時功能，而setitimer可以提供一個基於微妙的定時功能。

alarm()原型：
#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);

這個函數在使用上很簡單，第一次調用這個函數的時候是設置定時器的初值，下一次調用是重新設置這個值，並會返回上一次定時的剩餘時間。

setitimer()原型：
#include <sys/time.h>
int setitimer(int which, const struct itimerval *value,struct itimerval *ovalue);

這個函數使用起來稍微有點說法，首先是第一個參數which的值，這個參數設置timer的計時策略，which有三種狀態分別是：

ITIMER_REAL：使用系統時間來計數，時間為0時發出SIGALRM信號，這種定時能夠得到一個精準的定時，當然這個定時是相對的，因為到了微秒級別我們的處理器本身就不夠精確。

ITIMER_VIRTUAL：使用進程時間也就是進程分配到的時間片的時間來計數，時間為0是發出SIGVTALRM信號，這種定時顯然不夠准確，因為系統給進程分配時間片不由我們控制。

ITIMER_PROF：上面兩種情況都能夠觸發

第二個參數參數value涉及到兩個結構體：

struct itimerval {
struct timeval it_interval; /* next value */
struct timeval it_value; /* current value */
};

struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};

在結構體itimerval中it_value是定時器當前的值，it_interval是當it_value的為0後重新填充的值。而timeval結構體中的兩個變數就簡單了一個是秒一個是微秒。

上面是這兩個定時函數的說明，這個函數使用本不是很難，可以說是很簡單，但是碰到具體的應用的時候可能就遇到問題了，在多進程編程中使用一般不會碰到什麼問題，這里說的這些問題主要體現在多線程編程中。比如下面這個程序：

#include <pthread.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>

void sig_handler(int signo)
{
alarm(2);
printf("alarm signal\n");
}

void *pthread_func()
{
alarm(2);
while(1)
{
pause();
}
}

int main(int argc, char **argv)
{
pthread_t tid;
int retval;

signal(SIGALRM, sig_handler);

if((retval = pthread_create(&tid, NULL, pthread_func, NULL)) < 0)
{
perror("pthread_create");
exit(-1);
}

while(1)
{
printf("main thread\n");
sleep(10);
}
return 0;
}
這個程序的理想結果是：
main thread
alarm signal
alarm signal
alarm signal
alarm signal
alarm signal
main thread
可事實上並不是這樣的，它的結果是：
main pthread
alarm signal
main pthread
alarm signal
main pthread