linux 信号量 互斥锁
Linux 信号量与互斥锁基础概念
信号量（Semaphore）
信号量是一种用于控制多个进程对共享资源访问的同步机制。它本质上是一个计数器，用于记录对资源的访问次数。信号量有两种基本操作：
- P操作（等待操作）：进程尝试获取信号量，如果信号量值大于0，则进程可以继续执行并减少信号量值；如果信号量值为0，则进程被阻塞，直到信号量值大于0。
- V操作（释放操作）：进程释放信号量，增加信号量的值，并唤醒一个等待的进程。
互斥锁（Mutex）
互斥锁是一种特殊的二进制信号量，其值只能为0或1，用于实现资源的互斥访问。互斥锁的操作与信号量类似：
- 加锁（Lock）：进程尝试获取互斥锁，如果锁未被占用，则进程可以继续执行并锁定资源；如果锁已被占用，则进程被阻塞。
- 解锁（Unlock）：进程释放互斥锁，解锁资源，并允许其他进程获取锁。
优势与应用场景
信号量的优势与应用场景
- 优势：信号量可以控制多个进程对一组资源的访问，适用于资源数量大于1的情况。
- 应用场景：多进程编程中，当多个进程需要访问同一组资源时，可以使用信号量来协调访问。
互斥锁的优势与应用场景
- 优势：互斥锁简单且高效，适用于保护临界区，确保同一时间只有一个进程访问共享资源。
- 应用场景：多线程或多进程编程中，当需要对某个资源进行独占访问时，可以使用互斥锁来防止竞态条件。
示例代码
信号量示例（使用POSIX信号量）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>
sem_t sem;
void* thread_func(void* arg) {
sem_wait(&sem); // P操作
printf("Thread is working\n");
sleep(1);
sem_post(&sem); // V操作
return NULL;
}
int main() {
sem_init(&sem, 0, 3); // 初始化信号量，初始值为3
pthread_t threads[5];
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, NULL);
}
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
pthread_join(threads[i], NULL);
}
sem_destroy(&sem);
return 0;
}互斥锁示例（使用pthread库）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
pthread_mutex_t mutex;
void* thread_func(void* arg) {
pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁
printf("Thread is working\n");
sleep(1);
pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁
return NULL;
}
int main() {
pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // 初始化互斥锁
pthread_t threads[5];
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, NULL);
}
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
pthread_join(threads[i], NULL);
}
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}常见问题及解决方法
信号量常见问题
- 死锁：多个进程互相等待对方释放资源。
- 解决方法：确保每个进程在获取多个信号量时遵循相同的顺序，或者使用超时机制。
- 资源泄漏：进程忘记释放信号量。
- 解决方法：在进程退出前确保调用
sem_post释放信号量，或者使用RAII技术管理信号量的生命周期。
- 解决方法：在进程退出前确保调用
互斥锁常见问题
- 死锁：多个线程互相等待对方释放锁。
- 解决方法：确保每个线程在获取多个锁时遵循相同的顺序，或者使用超时机制。
- 优先级反转：低优先级线程持有高优先级线程所需的锁。
- 解决方法：使用优先级继承或优先级天花板协议来解决优先级反转问题。
通过合理设计和使用信号量及互斥锁，可以有效避免并发编程中的常见问题，确保程序的正确性和稳定性。
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