信號量與條件變量的區別

注意信號量與條件變量的區別

信號量內容可見：http://www.cnblogs.com/charlesblc/p/6142868.html

 

信號量、共享內存，以及消息隊列等System V IPC三劍客主要關注 進程間通信；

而條件變量、互斥鎖，主要關注 線程間通信。

 

下面內容參考： http://blog.chinaunix.net/uid-27164517-id-3282242.html

 

pthread_cond_wait指的是 條件變量，總和一個 互斥鎖結合使用。在 調用pthread_cond_wait前要先獲取鎖。pthread_cond_wait函數執行時先 自動釋放指定的鎖，然后等待條件變量的變化。在函數調用返回之前，自動將指定的互斥量 重新鎖住。

 

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t * cond);

pthread_cond_signal通過條件變量cond發送消息，若多個消息在等待，它只喚醒一個。

pthread_cond_broadcast可以喚醒所有。調用pthread_cond_signal后要 立刻釋放互斥鎖，因為pthread_cond_wait的最后一步是要將指定的互斥量重新鎖住，如果pthread_cond_signal之后沒有釋放互斥鎖，pthread_cond_wait仍然要阻塞。

 

 

無論哪種等待方式，都必須和一個互斥鎖配合，以防止多個線程同時請求pthread_cond_wait()（或pthread_cond_timedwait()，下同）的競爭條件（Race   Condition）。mutex互斥鎖必須是普通鎖（PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP）或者適應鎖 （PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP）

互斥鎖的類型，有以下幾種：

　　PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP，這是缺省值，也就是普通鎖。當一個線程加鎖以后，其余請求鎖的線程將形成一個等待隊列，並在解鎖后按優先級獲得鎖。這種鎖策略保證了資源分配的公平性。

　　PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE_NP，嵌套鎖，允許同一個線程對同一個鎖成功獲得多次，並通過多次unlock解鎖。如果是不同線程請求，則在加鎖線程解鎖時重新競爭。

　　PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK_NP，檢錯鎖，如果同一個線程請求同一個鎖，則返回EDEADLK，否則與PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP類型動作相同。這樣就保證當不允許多次加鎖時不會出現最簡單情況下的死鎖。

　　PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP，適應鎖，動作最簡單的鎖類型，僅等待解鎖后重新競爭。

且在調用pthread_cond_wait()前必須由本線程加鎖 （pthread_mutex_lock()），而在更新條件等待隊列以前，mutex保持鎖定狀態，並在線程掛起進入等待前解鎖。在條件滿足從而離開 pthread_cond_wait()之前，mutex將被重新加鎖，以與進入pthread_cond_wait()前的加鎖動作對應。  

 

激發條件有兩種形式，pthread_cond_signal()激活一個等待該條件的線程，存在多個等待線程時按入隊順序激活其中一個；而pthread_cond_broadcast()則激活所有等待線程。

 

下面是另一處說明：給出了函數運行全過程。 為什么在喚醒線程后要重新mutex加鎖？

了解 pthread_cond_wait() 的作用非常重要 -- 它是 POSIX 線程信號發送系統的核心，也是最難以理解的部分。

首先，讓我們考慮以下情況：線程為查看已鏈接列表而鎖定了互斥對象，然而該列表恰巧是空的。這一特定線程什么也干不了 -- 其設計意圖是從列表中除去節點，但是現在卻沒有節點。因此，它只能：

鎖定互斥對象時，線程將調用 pthread_cond_wait(&mycond,&mymutex)。

 

pthread_cond_wait() 所做的 第一件事就是同時對互斥對象解鎖（於是其它線程可以修改已鏈接列表），並等待條件 mycond 發生（這樣當 pthread_cond_wait() 接收到另一個線程的“信號”時，它將蘇醒）。現在互斥對象已被解鎖，其它線程可以訪問和修改已鏈接列表，可能還會添加項。 【 要求解鎖並阻塞是一個原子操作】

 

此時，pthread_cond_wait() 調用還未返回。對互斥對象解鎖會立即發生，但等待條件 mycond 通常是一個阻塞操作，這意味着線程將睡眠，在它蘇醒之前不會消耗 CPU 周期。這正是我們期待發生的情況。線程將 一直睡眠，直到特定條件發生，在這期間不會發生任何浪費 CPU 時間的繁忙查詢。從線程的角度來看，它只是在等待 pthread_cond_wait() 調用返回。

 

現在繼續說明，假設另一個線程（稱作“2 號線程”）鎖定了 mymutex 並對已鏈接列表添加了一項。在對互斥對象解鎖之后，2 號線程會立即調用函數 pthread_cond_broadcast(&mycond)。此操作之后，2 號線程將使所有等待 mycond 條件變量的線程立即蘇醒。這意味着第一個線程（仍處於 pthread_cond_wait() 調用中）現在將 蘇醒。 是先解鎖還是先signal，各有優缺點，下文會分析。 另外注意，signal的函數里面是不是解鎖加鎖的，跟wait不一樣。

 

現在，看一下第一個線程發生了什么。您可能會認為在 2 號線程調用 pthread_cond_broadcast(&mymutex) 之后，1 號線程的 pthread_cond_wait() 會立即返回。不是那樣！實際上，pthread_cond_wait() 將執行最后一個操作： 重新鎖定 mymutex。一旦 pthread_cond_wait() 鎖定了互斥對象，那么它將返回並允許 1 號線程繼續執行。那時，它可以馬上檢查列表，查看它所感興趣的更改。 實際上，一般是先解鎖。

 

來看一個例子：

In Thread1:
pthread_mutex_lock(&m_mutex);   
pthread_cond_wait(&m_cond,&m_mutex);   
pthread_mutex_unlock(&m_mutex);  
 
In Thread2:
pthread_mutex_lock(&m_mutex);   
pthread_cond_signal(&m_cond);   
pthread_mutex_unlock(&m_mutex);  

 

為什么要與pthread_mutex 一起使用呢？

這是為了應對 線程1在調用pthread_cond_wait()但線程1還沒有進入wait cond的狀態的時候，此時線程2調用了 cond_singal 的情況。 如果不用mutex鎖的話，這個cond_singal就丟失了。加了鎖的情況是，線程2必須等到 mutex 被釋放（也就是 pthread_cod_wait() 釋放鎖並進入wait_cond狀態 ，此時線程2上鎖） 的時候才能調用cond_singal.

 

pthread_cond_signal即可以放在pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock之間，也可以放在pthread_mutex_lock和pthread_mutex_unlock之后，但是各有有缺點。

 

之間：
pthread_mutex_lock
    xxxxxxx
pthread_cond_signal
pthread_mutex_unlock

缺點：在某下線程的實現中，會造成等待線程從內核中喚醒（由於cond_signal)然后又回到內核空間（因為 cond_wait返回后會有原子加鎖的 行為）（注：意思是說這時候signal的線程還沒有unlock，所以wait的線程加鎖會導致堵塞，並進入內核），所以一來一回會有性能的問題。但是在LinuxThreads或者NPTL里面，就不會有這個問題，因為在Linux 線程中，有兩個隊列，分別是 cond_wait隊列和mutex_lock隊列， cond_signal只是讓線程從cond_wait隊列移到mutex_lock隊列，而不用返回到用戶空間，不會有性能的損耗。
所以在Linux中推薦使用這種模式。

 

 

之后：
pthread_mutex_lock
    xxxxxxx
pthread_mutex_unlock
pthread_cond_signal
優點：不會出現之前說的那個潛在的性能損耗，因為在signal之前就已經釋放鎖了
缺點：如果unlock和signal之前，有個 低優先級的線程正在mutex上等待的話，那么這個低優先級的線程就會搶占高優先級的線程（cond_wait的線程)，而這在上面的放中間的模式下是不會出現的。