2.线程同步
POSIX提供了两种用于线程同步的原语，这两种操作分别是互斥以及条件变量。互斥是一种简单的进行锁定的原语，其主要作用是控制对共享资源的访问，防止冲突。关于多线程编程，有一点值得大家注意，那就是整个程序的地址空间有所有的线程共享。其结果是几乎所有的资源都可以被共享——比如全局变量、文件描述符等。另一方面，在每个线程的入口函数(由pthread_create调用)内，以及由该函数调用的其他函数内，我们都会定义一些私有的局部变量。在多线程程序中，全局变量与局部变量总是被混合使用，要想使多线程程序顺利的运行，各线程对共享资源的访问必须得到控制。
以下是一个生产者/消费者程序。生产者与消费者对共享缓冲区的访问由互斥进行控制。
void * reader_function(void *);
void * writer_function(void *);
char buffer;
int buffer_has_item = 0;
pthread_mutex_t mutex;
struct timespec delay;
main()
{
pthread_t reader;
delay.tv_sec = 2;
delay.tv_nsec = 0;
pthread_mutex_init(&mutex, pthread_mutexattr_default);
pthread_create( &reader, pthread_attr_default, reader_function,
NULL);
writer_function();
}
void * writer_function(void *)
{
while(1)
{
pthread_mutex_lock( &mutex );
if ( buffer_has_item == 0 )
{
buffer = make_new_item();
buffer_has_item = 1;
}
pthread_mutex_unlock( &mutex );
pthread_delay_np( &delay );
}
}
void * reader_function(void *)
{
while(1)
{
pthread_mutex_lock( &mutex );
if ( buffer_has_item == 1)
{
consume_item( buffer );
buffer_has_item = 0;
}
pthread_mutex_unlock( &mutex );
pthread_delay_np( &delay );
}
}
上边这个简单的例子程序中，共享缓冲区只能保存一个共享数据项。因此该缓冲区只有两个状态：“有”/“无”。生产者在向缓冲区写入数据前，首先会将互斥上锁，如果该互斥已被锁定，则生产者将阻塞直到互斥被解锁。生产者锁定了互斥以后，将会检查缓冲区是否为空(通过标志变量buffer_has_item)。如果缓冲区没有数据，生产者就会产生新数据项放入缓冲区，并设置标志变量以使得消费者可以知道是否能进行消费。接下来生产者解除对互斥的锁定并等待，这样消费者应该有充足的时间来访问缓冲区。
消费者采取了相似的过程来访问缓冲区。它首先锁定互斥，检查标志变量，如果可能则消费掉仅有的数据项。接着消费者解锁互斥并等待一小会儿好让生产者有时间写入新的数据项。
上例中，生产者和消费者将会持续不断的运行，不断的生产、消费。事实上，在通常的程序中，如果确定不再使用某个互斥，则应该用pthread_mutex_destroy(&mutex)将其摧毁。顺便提一句，在使用某个互斥之前，应该使用pthread_mutex_init()将其初始化。在我们的例子中，初始化时使用了两个参数，第一个用来指定被初始化的互斥，第二个则是该互斥的属性。(在DEC OSF/1上，互斥的属性没有实际意义，通常使用PTHREAD_MUTEXATTR_DEFAULT)
对互斥的正确使用可以有效地减少竞争条件。其实互斥本身是非常简单的，只有两个状态：锁定、未锁定。它能实现的功能也是有限的。POSIX还提供了条件变量这一有力工具来补充互斥的不足。使用条件变量，一个线程可以在已经锁定互斥的情况下被阻塞并等待唤醒信号，而其他线程仍能访问被锁定的共享资源。当另外的某一个线程发出信号后，被阻塞的线程将被唤醒并依然可以访问阻塞前自己锁定的共享资源。由此，互斥和条件变量的联合使用可以帮助我们避免循环死锁的情况出现。我们利用互斥和条件变量设计了一个仅有单一整数信号灯的库。库的源代码可以在附录A中找到，关于条件变量的说明可以在手册页(man pages)里找到
本节涉及的函数:
pthread_mutex_init(), pthread_mutex_lock(),
pthread_mutex_unlock(), and pthread_mutex_destroy().