linux 信号量互斥

基础概念

信号量（Semaphore）是一种用于控制多个进程或线程对共享资源访问的同步机制。它是一个计数器，用于记录对某一资源的访问权限数量。当计数器大于零时，表示资源可用；当计数器为零时，表示资源已被占用，其他进程或线程需要等待。

互斥（Mutex）是一种特殊的信号量，用于保护临界区，确保同一时间只有一个进程或线程可以访问共享资源。

优势

1. 资源保护：信号量和互斥锁可以防止多个进程或线程同时访问共享资源，避免数据不一致和竞态条件。
2. 同步控制：通过信号量和互斥锁，可以协调多个进程或线程的执行顺序，确保程序的正确性。
3. 灵活性：信号量可以用于控制对一组资源的访问，而不仅仅是单个资源。

类型

1. 二进制信号量：计数器只能取0或1，类似于互斥锁。
2. 计数信号量：计数器可以取大于1的值，用于控制对一组资源的访问。

应用场景

1. 进程同步：多个进程需要按特定顺序执行某些操作时。
2. 资源管理：多个进程或线程需要访问共享资源时。
3. 死锁预防：通过信号量和互斥锁可以避免死锁的发生。

常见问题及解决方法

问题：为什么会出现死锁？

原因：

• 资源竞争：多个进程或线程互相等待对方释放资源。
• 循环等待：多个进程或线程形成一个循环等待链。

解决方法：

• 资源分配顺序：确保所有进程或线程以相同的顺序请求资源。
• 超时机制：在获取资源时设置超时时间，避免无限等待。
• 死锁检测与恢复：定期检测系统中的死锁，并采取措施恢复。

问题：如何实现信号量和互斥锁？

示例代码（C语言）：

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

#define NUM_THREADS 5

sem_t mutex;

void* thread_func(void* arg) {
    sem_wait(&mutex);
    printf("Thread %ld is running\n", (long)arg);
    sem_post(&mutex);
    pthread_exit(NULL);
}

int main() {
    pthread_t threads[NUM_THREADS];
    long t;

    sem_init(&mutex, 0, 1);

    for (t = 0; t < NUM_THREADS; t++) {
        pthread_create(&threads[t], NULL, thread_func, (void*)t);
    }

    for (t = 0; t < NUM_THREADS; t++) {
        pthread_join(threads[t], NULL);
    }

    sem_destroy(&mutex);
    pthread_exit(NULL);
}

参考链接：

• POSIX信号量和互斥锁

总结

信号量和互斥锁是多进程或多线程编程中重要的同步机制，用于保护共享资源和协调进程或线程的执行顺序。通过合理使用信号量和互斥锁，可以有效避免数据不一致和竞态条件，提高程序的稳定性和可靠性。