Linux C編程之十五 線程同步

一、整體大綱

二、線程同步

1. 同步概念

    所謂同步，即同時起步，協調一致。不同的對象，對“同步”的理解方式略有不同。如，設備同步，是指在兩個設備之間規定一個共同的時間參考；數據庫同步，是指讓兩個或多個數據庫內容保持一

致，或者按需要部分保持一致；文件同步，是指讓兩個或多個文件夾里的文件保持一致等等。

    而編程中、通信中所說的同步與生活中大家印象中的同步概念略有差異。“同”字應是指協同、協助、互相配合。主旨在協同步調，按預定的先后次序運行。

2. 線程同步

（1）線程同步概念

    同步即協同步調，按預定的先后次序運行。

    線程同步，指一個線程發出某一功能調用時，在沒有得到結果之前，該調用不返回。同時其它線程為保證數據一致性，不能調用該功能。

    舉例1： 銀行存款 5000。櫃台，折：取3000；提款機，卡：取 3000。剩余：2000

    舉例2： 內存中100字節，線程T1欲填入全1， 線程T2欲填入全0。但如果T1執行了50個字節失去cpu，T2執行，會將T1寫過的內容覆蓋。當T1再次獲得cpu繼續 從失去cpu的位置向后寫入1，當執

行結束，內存中的100字節，既不是全1，也不是全0。

    產生的現象叫做“與時間有關的錯誤”(time related)。為了避免這種數據混亂，線程需要同步。

    “同步”的目的，是為了避免數據混亂，解決與時間有關的錯誤。實際上，不僅線程間需要同步，進程間、信號間等等都需要同步機制。

    因此，所有“多個控制流，共同操作一個共享資源”的情況，都需要同步。

（2）數據混亂原因

   1）資源共享（獨享資源則不會）

   2）調度隨機（意味着數據訪問會出現競爭）

   3）線程間缺乏必要的同步機制。

   以上3點中，前兩點不能改變，欲提高效率，傳遞數據，資源必須共享。只要共享資源，就一定會出現競爭。只要存在競爭關系，數據就很容易出現混亂。

   所以只能從第三點着手解決。使多個線程在訪問共享資源的時候，出現互斥。

3. 實現線程同步

（1）互斥量mutex

    Linux中提供一把互斥鎖mutex（也稱之為互斥量）。

    每個線程在對資源操作前都嘗試先加鎖，成功加鎖才能操作，操作結束解鎖。

    資源還是共享的，線程間也還是競爭的，

    但通過“鎖”就將資源的訪問變成互斥操作，而后與時間有關的錯誤也不會再產生了。

    但應注意：同一時刻，只能有一個線程持有該鎖。

    當A線程對某個全局變量加鎖訪問，B在訪問前嘗試加鎖，拿不到鎖，B阻塞。C線程不去加鎖，而直接訪問該全局變量，依然能夠訪問，但會出現數據混亂。

    所以，互斥鎖實質上是操作系統提供的一把“建議鎖”（又稱“協同鎖”），建議程序中有多線程訪問共享資源的時候使用該機制。但，並沒有強制限定。

    因此，即使有了mutex，如果有線程不按規則來訪問數據，依然會造成數據混亂。

   1）主要函數

pthread_mutex_init函數
pthread_mutex_destroy函數
pthread_mutex_lock函數
pthread_mutex_trylock函數
pthread_mutex_unlock函數
以上5個函數的返回值都是：成功返回0， 失敗返回錯誤號。
pthread_mutex_t 類型，其本質是一個結構體。為簡化理解，應用時可忽略其實現細節，簡單當成整數看待。
pthread_mutex_t mutex; 變量mutex只有兩種取值1、0。

• pthread_mutex_init函數

    初始化一個互斥鎖(互斥量) ---> 初值可看作1

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

    參1：傳出參數，調用時應傳 &mutex

             restrict關鍵字：只用於限制指針，告訴編譯器，所有修改該指針指向內存中內容的操作，只能通過本指針完成。不能通過除本指針以外的其他變量或指針修改。

    參2：互斥量屬性。是一個傳入參數，通常傳NULL，選用默認屬性(線程間共享)。 參APUE.12.4同步屬性

    靜態初始化：如果互斥鎖 mutex 是靜態分配的（定義在全局，或加了static關鍵字修飾），可以直接使用宏進行初始化。e.g.  pthead_mutex_t muetx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

    動態初始化：局部變量應采用動態初始化。e.g.  pthread_mutex_init(&mutex, NULL)

• pthread_mutex_destroy函數

    銷毀一個互斥鎖

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

• pthread_mutex_lock函數

    加鎖。可理解為將 mutex--（或-1）

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

• pthread_mutex_unlock函數

    解鎖。可理解為將mutex ++（或+1）

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

• pthread_mutex_trylock函數

    嘗試加鎖

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

    2）加鎖與解鎖

    lock與unlock：

    lock嘗試加鎖，如果加鎖不成功，線程阻塞，阻塞到持有該互斥量的其他線程解鎖為止。

    unlock主動解鎖函數，同時將阻塞在該鎖上的所有線程全部喚醒，至於哪個線程先被喚醒，取決於優先級、調度。默認：先阻塞、先喚醒。

    例如：T1 T2 T3 T4 使用一把mutex鎖。T1加鎖成功，其他線程均阻塞，直至T1解鎖。T1解鎖后，T2 T3 T4均被喚醒，並自動再次嘗試加鎖。

    可假想mutex鎖 init成功初值為1。 lock 功能是將mutex--。 unlock將mutex++

    lock與trylock：

    lock加鎖失敗會阻塞，等待鎖釋放。

    trylock加鎖失敗直接返回錯誤號（如：EBUSY），不阻塞。

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

pthread_mutex_t mutex;

void *thr(void *arg)
{
    while(1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("hello world\n");
        sleep(30);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }

    return NULL;
}

int main()
{
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, thr, NULL);

    sleep(1);

    while (1)
    {
        int ret = pthread_mutex_trylock(&mutex);
        if (ret > 0)
        {
            printf("ret = %d, errmsg = %s\n", ret, strerror(ret));
        }
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

    3）加鎖步驟測試

    看如下程序：該程序是非常典型的，由於共享、競爭而沒有加任何同步機制，導致產生於時間有關的錯誤，造成數據混亂：

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

void *thr1(void *arg)
{
    while(1)
    {
        printf("hello");
        sleep(rand()%3);
        printf("world\n");
        sleep(rand()%3);
    }
}

void *thr2(void *arg)
{
    while(1)
    {
        printf("HELLO");
        sleep(rand()%3);
        printf("WORLD\n");
        sleep(rand()%3);
    }
}

int main()
{
    pthread_t thr[2];
    pthread_create(&thr[0], NULL, thr1, NULL);
    pthread_create(&thr[1], NULL, thr2, NULL);

    pthread_join(thr[0], NULL);
    pthread_join(thr[1], NULL);

    return 0;
}

    練習：修改該程序，使用mutex互斥鎖進行同步。

    定義全局互斥量，初始化init(&m, NULL)互斥量，添加對應的destry

    兩個線程while中，兩次printf前后，分別加lock和unlock

    將unlock挪至第二個sleep后，發現交替現象很難出現。

    線程在操作完共享資源后本應該立即解鎖，但修改后，線程抱着鎖睡眠。睡醒解鎖后又立即加鎖，這兩個庫函數本身不會阻塞。

    所以在這兩行代碼之間失去cpu的概率很小。因此，另外一個線程很難得到加鎖的機會。

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

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *thr1(void *arg)
{
    while(1)
    {
        //先上鎖
        pthread_mutex_lock(&mutex); //加鎖當有線程已經枷鎖的時候，阻塞
        printf("hello");
        sleep(rand()%3);
        printf("world\n");
        //sleep(rand()%3);
        //解鎖
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand()%3);
    }
}

void *thr2(void *arg)
{
    while(1)
    {
        //上鎖
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("HELLO");
        sleep(rand()%3);
        printf("WORLD\n");
        //sleep(rand()%3);
        //解鎖
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand()%3);
    }
}

int main()
{
    pthread_t thr[2];
    pthread_create(&thr[0], NULL, thr1, NULL);
    pthread_create(&thr[1], NULL, thr2, NULL);

    pthread_join(thr[0], NULL);
    pthread_join(thr[1], NULL);

    return 0;
}

    結論：

    在訪問共享資源前加鎖，訪問結束后立即解鎖。鎖的“粒度”應越小越好。

    4）死鎖

• 線程試圖對同一個互斥量A加鎖兩次。
• 線程1擁有A鎖，請求獲得B鎖；線程2擁有B鎖，請求獲得A鎖

    練習：編寫程序，實現上述兩種死鎖現象。

（2）讀寫鎖

    1）概念

    與互斥量類似，但讀寫鎖允許更高的並行性。其特性為：寫獨占，讀共享。

    2）讀寫鎖狀態

    一把讀寫鎖具備三種狀態：

    a. 讀模式下加鎖狀態 (讀鎖)

    b. 寫模式下加鎖狀態 (寫鎖)

    c. 不加鎖狀態

    3）讀寫鎖特性

• 讀寫鎖是“寫模式加鎖”時， 解鎖前，所有對該鎖加鎖的線程都會被阻塞。
• 讀寫鎖是“讀模式加鎖”時， 如果線程以讀模式對其加鎖會成功；如果線程以寫模式加鎖會阻塞。
• 讀寫鎖是“讀模式加鎖”時， 既有試圖以寫模式加鎖的線程，也有試圖以讀模式加鎖的線程。那么讀寫鎖會阻塞隨后的讀模式鎖請求。優先滿足寫模式鎖。讀鎖、寫鎖並行阻塞，寫鎖優先級高。

     讀寫鎖也叫共享-獨占鎖。當讀寫鎖以讀模式鎖住時，它是以共享模式鎖住的；當它以寫模式鎖住時，它是以獨占模式鎖住的。寫獨占、讀共享。

     讀寫鎖非常適合於對數據結構讀的次數遠大於寫的情況。

     3）主要函數

pthread_rwlock_init函數
pthread_rwlock_destroy函數
pthread_rwlock_rdlock函數  
pthread_rwlock_wrlock函數
pthread_rwlock_tryrdlock函數
pthread_rwlock_trywrlock函數
pthread_rwlock_unlock函數
以上7 個函數的返回值都是：成功返回0， 失敗直接返回錯誤號。

pthread_rwlock_t類型 用於定義一個讀寫鎖變量。
pthread_rwlock_t rwlock;

• pthread_rwlock_init函數

    初始化一把讀寫鎖

int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr);

    參2：attr表讀寫鎖屬性，通常使用默認屬性，傳NULL即可。

• pthread_rwlock_destroy函數

    銷毀一把讀寫鎖

int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock);

• pthread_rwlock_rdlock函數

    以讀方式請求讀寫鎖。（常簡稱為：請求讀鎖）

int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• pthread_rwlock_wrlock函數

    以寫方式請求讀寫鎖。（常簡稱為：請求寫鎖）

int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• pthread_rwlock_unlock函數

    解鎖

int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• pthread_rwlock_tryrdlock函數

    非阻塞以讀方式請求讀寫鎖（非阻塞請求讀鎖）

int pthread_rwlock_tryrdlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

• pthread_rwlock_trywrlock函數

    非阻塞以寫方式請求讀寫鎖（非阻塞請求寫鎖）

int pthread_rwlock_trywrlock(pthread_rwlock_t *rwlock);

    4）讀寫鎖示例

    看如下示例，同時有多個線程對同一全局數據讀、寫操作。

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

int begin_num = 1000;
pthread_rwlock_t rwlock = PTHREAD_RWLOCK_INITIALIZER;

void *thr_write(void *arg)
{
    while(1)
    {
        pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
        printf("funcname = %s, self = %lu, begin_num = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), begin_num++);
        usleep(2000); //模擬占用時間
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
        usleep(3000); //防止釋放鎖之后又去搶
    }
}

void *thr_read(void *arg)
{
    while(1)
    {
        pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
        printf("funcname = %s, self = %lu, begin_num = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), begin_num);
        usleep(2000); //模擬占用時間
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
        usleep(2000); //防止釋放鎖之后又去搶
    }
}
int main()
{
    int n = 8, i = 0;
    pthread_t tid[8]; //5-read, 3-write
    for (i = 0; i < 5; i++)
    {
        pthread_create(&tid[i], NULL, thr_read, NULL);
    }

    for (; i < n; i++)
    {
        pthread_create(&tid[i], NULL, thr_write, NULL);
    }

    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        pthread_join(tid[i], NULL);
    }

    return 0;
}

    讀寫鎖場景練習：

    a. 線程A加寫鎖成功，線程B請求讀鎖
        線程B阻塞

    b. 線程A持有讀鎖，線程B請求寫鎖
        線程B阻塞

    c. 線程A持有讀鎖，線程B請求讀鎖
        B加鎖成功

    d. 線程A持有讀鎖，然后線程B請求寫鎖，然后線程C請求讀鎖
       BC阻塞
       A釋放后，B加鎖
       B釋放后，C加鎖

    e. 線程A持有寫鎖，然后線程B請求讀鎖，然后線程C請求寫鎖
       BC阻塞
       A釋放，C加鎖
       C釋放，B加鎖

（3）條件變量

    1）概念

    條件變量本身不是鎖！但它也可以造成線程阻塞。通常與互斥鎖配合使用。給多線程提供一個會合的場所。

    2）主要應用函數

pthread_cond_init函數
pthread_cond_destroy函數
pthread_cond_wait函數
pthread_cond_timedwait函數
pthread_cond_signal函數
pthread_cond_broadcast函數
以上6 個函數的返回值都是：成功返回0， 失敗直接返回錯誤號。

pthread_cond_t類型 用於定義條件變量
pthread_cond_t cond;

• pthread_cond_init函數

    初始化一個條件變量

int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);

    參2：attr表條件變量屬性，通常為默認值，傳NULL即可

    也可以使用靜態初始化的方法，初始化條件變量：

pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

• pthread_cond_destroy函數

    銷毀一個條件變量

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

• pthread_cond_wait函數

    阻塞等待一個條件變量

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);

    函數作用：

    a. 阻塞等待條件變量cond（參1）滿足

    b. 釋放已掌握的互斥鎖（解鎖互斥量）相當於pthread_mutex_unlock(&mutex);
        a.b.兩步為一個原子操作。

    c. 當被喚醒，pthread_cond_wait函數返回時，解除阻塞並重新申請獲取互斥鎖pthread_mutex_lock(&mutex);

• pthread_cond_timedwait函數

    限時等待一個條件變量

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, const struct timespec *restrict abstime);

    參3： 參看man sem_timedwait函數，查看struct timespec結構體。

struct timespec {
    time_t tv_sec; /* seconds */ 秒
    long   tv_nsec; /* nanosecondes*/ 納秒
}

    形參abstime：絕對時間。

    如：time(NULL)返回的就是絕對時間。而alarm(1)是相對時間，相對當前時間定時1秒鍾。

    struct timespec t = {1, 0};

    pthread_cond_timedwait (&cond, &mutex, &t); 只能定時到 1970年1月1日 00:00:01秒(早已經過去) 

    正確用法：

time_t cur = time(NULL); 獲取當前時間。
struct timespec t; 定義timespec 結構體變量t
t.tv_sec = cur+1; 定時1秒

pthread_cond_timedwait (&cond, &mutex, &t); 傳參 參APUE.11.6線程同步條件變量小節

在講解setitimer函數時我們還提到另外一種時間類型：
struct timeval {
    time_t      tv_sec;  /* seconds */ 秒
    suseconds_t tv_usec; /* microseconds */ 微秒
};

• pthread_cond_signal函數

    喚醒至少一個阻塞在條件變量上的線程

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);

• pthread_cond_broadcast函數

    喚醒全部阻塞在條件變量上的線程

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);

    3）生產者消費者條件變量模型

    線程同步典型的案例即為生產者消費者模型，而借助條件變量來實現這一模型，是比較常見的一種方法。假定有兩個線程，一個模擬生產者行為，一個模擬消費者行為。兩個線程同時操作一個共

享資源（一般稱之為匯聚），生產向其中添加產品，消費者從中消費掉產品。

    看如下示例，使用條件變量模擬生產者、消費者問題：

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

int begin_num = 1000;

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

typedef struct _ProdInfo{
    int num;
    struct _ProdInfo *next;
}ProdInfo;

ProdInfo *Head = NULL;

void *thr_producter(void *arg)
{
    //負責在鏈表添加數據
    while(1)
    {
        ProdInfo *prod = malloc(sizeof(ProdInfo));
        prod->num = begin_num++;
        printf("funcname = %s, self = %lu, data = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), prod->num);

        pthread_mutex_lock(&mutex);
        //add to list
        prod->next = Head;
        Head = prod;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);

        //發起通知
        pthread_cond_signal(&cond);
        sleep(rand()%3);
    }

    return NULL;
}

void *thr_consumer(void *arg)
{
    ProdInfo *prod = NULL;

    while(1)
    {
        //取鏈表的數據
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        //if (Head == NULL)
        while (Head == NULL)
        {
            pthread_cond_wait(&cond, &mutex); //在此之前必須先加鎖
        }
        prod = Head;
        Head = Head->next;
        printf("funcname = %s, self = %lu, data = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), prod->num);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(rand()%3);
        free(prod);
    }

    return NULL;
}

int main()
{
    pthread_t tid[3];
    pthread_create(&tid[0], NULL, thr_producter, NULL);
    pthread_create(&tid[1], NULL, thr_consumer, NULL);
    pthread_create(&tid[2], NULL, thr_consumer, NULL);

    pthread_join(tid[0], NULL);
    pthread_join(tid[1], NULL);
    pthread_join(tid[2], NULL);

    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond);

    return 0;
}

    4）條件變量的優點

    相較於mutex而言，條件變量可以減少競爭。

    如直接使用mutex，除了生產者、消費者之間要競爭互斥量以外，消費者之間也需要競爭互斥量，但如果匯聚（鏈表）中沒有數據，消費者之間競爭互斥鎖是無意義的。有了條件變量機制以后，只有

    生產者完成生產，才會引起消費者之間的競爭。提高了程序效率。

（4）信號量

    1）概念

    進化版的互斥鎖（1 --> N）

    由於互斥鎖的粒度比較大，如果我們希望在多個線程間對某一對象的部分數據進行共享，使用互斥鎖是沒有辦法實現的，只能將整個數據對象鎖住。這樣雖然達到了多線程操作共享數據時保證數

據正確性的目的，卻無形中導致線程的並發性下降。線程從並行執行，變成了串行執行。與直接使用單進程無異。

    信號量，是相對折中的一種處理方式，既能保證同步，數據不混亂，又能提高線程並發。

    2）主要應用函數

sem_init函數
sem_destroy函數
sem_wait函數
sem_trywait函數
sem_timedwait函數
sem_post函數
以上6 個函數的返回值都是：成功返回0， 失敗返回-1，同時設置errno。(注意，它們沒有pthread前綴)

sem_t類型，本質仍是結構體。但應用期間可簡單看作為整數，忽略實現細節（類似於使用文件描述符）。

sem_t sem; 規定信號量sem不能 < 0。頭文件 <semaphore.h>

    信號量基本操作：

    sem_wait:

                 a. 信號量大於0，則信號量-- （類比pthread_mutex_lock）

                 b. 信號量等於0，造成線程阻塞

    對應 ->

    sem_post： 將信號量++，同時喚醒阻塞在信號量上的線程 （類比pthread_mutex_unlock）

    但由於sem_t的實現對用戶隱藏，所以所謂的++、--操作只能通過函數來實現，而不能直接++、--符號。

    信號量的初值，決定了占用信號量的線程的個數。

• sem_init函數

    初始化一個信號量

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

    參1：sem信號量

    參2：pshared取0用於線程間；取非0（一般為1）用於進程間

    參3：value指定信號量初值

• sem_destroy函數

    銷毀一個信號量

int sem_destroy(sem_t *sem);

• sem_wait函數

    給信號量加鎖 --

int sem_wait(sem_t *sem);

• sem_post函數

    給信號量解鎖 ++

int sem_post(sem_t *sem);

• sem_trywait函數

    嘗試對信號量加鎖 -- (與sem_wait的區別類比lock和trylock)

 int sem_trywait(sem_t *sem);

• sem_timedwait函數

    限時嘗試對信號量加鎖 --

int sem_timedwait(sem_t *sem, const struct timespec *abs_timeout);

    參2：abs_timeout采用的是絕對時間。

定時1秒：
time_t cur = time(NULL); 獲取當前時間。
struct timespec t; 定義timespec 結構體變量t
t.tv_sec = cur+1; 定時1秒
t.tv_nsec = t.tv_sec +100;
sem_timedwait(&sem, &t); 傳參

   3）生產者消費者信號量模型

    使用信號量完成線程間同步，模擬生產者，消費者問題。

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

//blank -- 生產者
//xfull -- 消費者
sem_t blank, xfull;
#define _SEM_CNT_ 5

int queue[_SEM_CNT_]; //存放生產者數據
int begin_num = 100;

void *thr_producter(void *arg)
{
    int i = 0;
    while(1)
    {
        sem_wait(&blank); //申請資源 blank--
        printf("funcname = %s, self = %lu, num = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), begin_num);
        queue[(i++)%_SEM_CNT_] = begin_num++;
        sem_post(&xfull); //xfull++
        sleep(rand()%3);
    }

    return NULL;
}
void *thr_consumer(void *arg)
{
    int i = 0;
    int num = 0;
    while(1)
    {
        sem_wait(&xfull);
        num = queue[(i++)%_SEM_CNT_];
        printf("funcname = %s, self = %lu, num = %d\n", __FUNCTION__, pthread_self(), num);
        sem_post(&blank);
        sleep(rand()%3);
    }

    return NULL;
}

int main()
{
    sem_init(&blank, 0, _SEM_CNT_);
    sem_init(&xfull, 0, 0); //消費者一開始初始化，默認沒有產品

    pthread_t tid[2];
    pthread_create(&tid[0], NULL, thr_producter, NULL);
    pthread_create(&tid[1], NULL, thr_consumer, NULL);

    pthread_join(tid[0], NULL);
    pthread_join(tid[1], NULL);

    sem_destroy(&blank);
    sem_destroy(&xfull);

    return 0;
}

（5）進程間同步

    互斥量mutex

    進程間也可以使用互斥鎖，來達到同步的目的。但應在pthread_mutex_init初始化之前，修改其屬性為進程間共享。mutex的屬性修改函數主要有以下幾個。

    主要應用函數：

pthread_mutexattr_t mattr 類型： 用於定義mutex鎖的【屬性】
pthread_mutexattr_init函數： 初始化一個mutex屬性對象
int pthread_mutexattr_init(pthread_mutexattr_t *attr);
pthread_mutexattr_destroy函數： 銷毀mutex屬性對象 (而非銷毀鎖)
int pthread_mutexattr_destroy(pthread_mutexattr_t *attr);
pthread_mutexattr_setpshared函數： 修改mutex屬性。
int pthread_mutexattr_setpshared(pthread_mutexattr_t *attr, int pshared);
參2：pshared取值：

線程鎖：PTHREAD_PROCESS_PRIVATE (mutex的默認屬性即為線程鎖，進程間私有)
進程鎖：PTHREAD_PROCESS_SHARED

    進程間mutex示例：

#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/wait.h>

struct mt{
    int num;
    pthread_mutex_t mutex;
    pthread_mutexattr_t mutexattr;
};

int main(void)
{
    int fd, i;
    struct mt *mm;
    pid_t pid;

    fd = open("mt_test", O_CREAT | O_RDWR, 0777);
    ftruncate(fd, sizeof(*mm));
    mm = mmap(NULL, sizeof(*mm), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    close(fd);
    unlink("mt_test");
    //mm = mmap(NULL, sizeof(*mm), PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANON, -1, 0);
    memset(mm, 0, sizeof(*mm));
    pthread_mutexattr_init(&mm->mutexattr);                                  //初始化mutex屬性對象
    pthread_mutexattr_setpshared(&mm->mutexattr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);    //修改屬性為進程間共享
    pthread_mutex_init(&mm->mutex, &mm->mutexattr);                          //初始化一把mutex瑣
    pid = fork();
    if (pid == 0) {
        for (i = 0; i < 10; i++) {
            pthread_mutex_lock(&mm->mutex);
            (mm->num)++;
            printf("-child----num++   %d\n", mm->num);
            pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);
            sleep(1);
        }
    } else if (pid > 0) {
        for ( i = 0; i < 10; i++) {
            sleep(1);
            pthread_mutex_lock(&mm->mutex);
            mm->num += 2;
            printf("-parent---num+=2  %d\n", mm->num);
            pthread_mutex_unlock(&mm->mutex);
        }
        wait(NULL);
    }

    pthread_mutexattr_destroy(&mm->mutexattr);          //銷毀mutex屬性對象
    pthread_mutex_destroy(&mm->mutex);                //銷毀mutex
    munmap(mm,sizeof(*mm));                          //釋放映射區

    return 0;
} 

（6）文件鎖

    借助 fcntl函數來實現鎖機制。 操作文件的進程沒有獲得鎖時，可以打開，但無法執行read、write操作。

    fcntl函數： 獲取、設置文件訪問控制屬性。

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

    參2：

F_SETLK (struct flock *) 設置文件鎖（trylock）
F_SETLKW (struct flock *) 設置文件鎖（lock）W --> wait
F_GETLK (struct flock *) 獲取文件鎖

   參3：

struct flock {
    ...
    short l_type;     鎖的類型：F_RDLCK 、F_WRLCK 、F_UNLCK
    short l_whence;   偏移位置：SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END
    off_t l_start;    起始偏移：1000
    off_t l_len;      長度：0表示整個文件加鎖
    pid_t l_pid;      持有該鎖的進程ID：(F_GETLK only)
    ...
};

    進程間文件鎖示例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>

#define __FILE_NAME__ "/opt/linuxC/09-linux-day09/temp.lock"

int main()
{
    int fd = open(__FILE_NAME__, O_RDWR|O_CREAT, 0666);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open err:");
        return -1;
    }

    struct flock lk;
    lk.l_type = F_WRLCK;
    lk.l_whence = SEEK_SET;
    lk.l_start = 0;
    lk.l_len = 0;

    if (fcntl(fd, F_SETLK, &lk) < 0)
    {
        perror("get lock err:");
        exit(1);
    }
    //核心邏輯
    while(1)
    {
        printf("I am alive!\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

    依然遵循“讀共享、寫獨占”特性。但！如若進程不加鎖直接操作文件，依然可訪問成功，但數據勢必會出現混亂。

  【思考】：多線程中，可以使用文件鎖嗎？

    多線程間共享文件描述符，而給文件加鎖，是通過修改文件描述符所指向的文件結構體中的成員變量來實現的。因此，多線程中無法使用文件鎖。