linux 线程共享内存

基础概念

在Linux操作系统中，线程是进程内的执行单元。每个进程都有自己独立的内存空间，但同一个进程内的所有线程共享同一块内存空间。这种共享内存的特性使得线程间通信和数据交换变得非常高效。

类型

堆内存：所有线程共享进程的堆内存，可以通过malloc、calloc、realloc和free等函数动态分配和释放。
全局变量和静态变量：这些变量存储在数据段，也属于共享内存的一部分。
文件映射：通过mmap系统调用可以将文件或设备映射到内存，多个线程可以共享这部分内存。

应用场景

并发服务器：如Web服务器，多个线程可以同时处理客户端请求。
实时系统：需要快速响应和高并发处理的系统。
图形处理：多线程可以并行处理图像的不同部分，提高渲染速度。

遇到的问题及解决方法

问题1：竞态条件（Race Condition）

原因：当多个线程同时访问和修改同一资源时，如果没有适当的同步机制，可能会导致不可预测的结果。

解决方法：

使用互斥锁（Mutex）来保护共享资源。
使用信号量（Semaphore）控制对资源的访问。
使用条件变量（Condition Variable）进行线程间的同步。

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

int shared_data = 0;
pthread_mutex_t mutex;

void* thread_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    shared_data++;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[10];
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    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);
    }

    printf("Final value of shared_data: %d\n", shared_data);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

问题2：死锁（Deadlock）

原因：两个或多个线程互相等待对方释放资源，导致所有涉及的线程都无法继续执行。

解决方法：

遵循锁的获取顺序，确保所有线程以相同的顺序获取锁。
使用超时机制，尝试获取锁一段时间后放弃。
使用死锁检测算法，如银行家算法。

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

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread1_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    // Do some work
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    return NULL;
}

void* thread2_func(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);  // Change to mutex1 first
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    // Do some work
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread1, thread2;

    pthread_create(&thread1, NULL, thread1_func, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, thread2_func, NULL);

    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);

    return 0;
}

通过合理的设计和使用同步机制，可以有效避免和解决线程共享内存带来的问题。