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嵌入式学习之系统编程（七）线程的控制（互斥与同步）和死锁

news 2025/5/31 6:03:12

一、线程的互斥

（一）实例引入

（二）概念

（三）互斥锁相关函数

1、定义锁：pthread_mutex_t mutex;

2、初始化锁函数：pthread_mutex_init（）；

3、加锁：pthread_mutex_lock（）；

4、解锁：pthread_mutex_unlock（）；

5、销毁：pthread_mutex_destroy（）；

6、非阻塞锁：pthread_mutex_trylock（）；

7、注意事项

8、示例

9、练习

二、线程的同步

（一）概念

（二）信号量相关函数

1、定义信号量：sem_t sem;

2、初始化信号量：sem_init（）；

3、申请信号量（P操作）：sem_wait()；

4、释放信号量（V操作）:sem_post()；

5、销毁：sem_destroy（）；

6、信号量的两种用法示例

（1）同步（互斥+顺序）：二值信号量

（2）互斥：计数信号量

三、死锁

1、死锁定义

2、产生死锁的原因

3、产生死锁的四个必要条件（面问）

扩：typedef三种用法（简化代码编写）

一、线程的互斥

（一）实例引入

1、示例：

运行结果

两个线程都在运行，出现问题原因：资源竞争（对全局变量都进行了读写操作）

2、扩展：

注：reg 寄存器，暂存；alu 逻辑计算单元

（1）读数据

（2）计算

（3）写数据

（二）概念

1、互斥：在多线程中对临界资源的排他性访问。

临界资源：公共操作的东西（可为变量、设备）；

排他性访问：多线程在同一时刻只能有一个线程进行读或写操作。

2、互斥锁：保证临界资源的访问控制（锁在系统中本质是结构体）

使用步骤：定义互斥锁 ——>初始化锁 ——>加锁 ——>解锁 ——>销毁

（1）向系统申请锁mutex（在pcb块）约定1没锁，0锁了

（2）初始化锁

（3）尝试使用该资源，申请到后用的时候加锁（其它线程要使用该资源尝试解

锁，解不开锁则进入休眠等待状态）

（4）用完后解锁释放资源，系统通知，两个线程再次同时竞争资源

（5）不需要互斥操作后销毁锁

（三）互斥锁相关函数

1、定义锁：pthread_mutex_t mutex;

（1）pthread_mutex_t ：互斥锁类型

（2） mutex：互斥锁变量（创建在pcb块中的东西）也称内核对象（在内核中被定义

的）

2、初始化锁函数：pthread_mutex_init（）；

（1）函数原型：

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

（2）功能：将已经定义好的互斥锁初始化。

（3）参数：mutex 要初始化的互斥锁

atrr 初始化的值，一般是NULL表示默认锁

（4）返回值：成功 0；失败非零

3、加锁：pthread_mutex_lock（）；

（1）函数原型：int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

（2）功能：用指定的互斥锁开始加锁代码

加锁后的代码到解锁部分的代码属于原子操作（汇编角度来说多个语句一把走完）
在加锁期间其他进程/线程都不能操作该部分代码
如果该函数在执行的时候，mutex已经被其他部分使用则代码阻塞。

（3）参数： mutex 用来给代码加锁的互斥锁

（4）返回值：成功 0；失败非零

4、解锁：pthread_mutex_unlock（）；

（1）函数原型：int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

（2）功能：将指定的互斥锁解锁。

解锁之后代码不再排他访问，一般加锁解锁同时出现。

（3）参数：用来解锁的互斥锁

（4）返回值：成功 0；失败非零

（5）注：解锁之后代码不再排他访问，一般加锁解锁同时出现。

5、销毁：pthread_mutex_destroy（）；

（1）函数原型： int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

（2）功能：使用互斥锁完毕后需要销毁互斥锁

（3）参数：mutex 要销毁的互斥锁

（4）返回值：成功 0；失败非零

6、非阻塞锁：pthread_mutex_trylock（）；

（1）函数原型：int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);

（2）功能：类似加锁函数效果，唯一区别就是不阻塞（稍后再试），非阻塞锁，CPU

占有率较高

（3）参数：mutex 用来加锁的互斥锁

（4）返回值：成功 0（操作临界资源）；非0（稍后再试）

判断返回值状态（申请成功与否），外加while（1）

（5）适用于有多个资源的情况，一般用阻塞锁居多。

7、注意事项

（1）上互斥锁的地方不并发；

（2）被保护的临界资源要尽可能小（不要大递归、不要sleep）

8、示例

运行结果

9、练习

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

pthread_mutex_t mutex;//定义锁
int WIN=3;

void* th(void* arg)
{
while(1)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);//加锁
if(WIN>0)
{
WIN--;
printf("get win\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);//解锁

int n = rand() % 5 + 1;//随机数
sleep(n);

pthread_mutex_lock(&mutex);//加锁
WIN++;
printf("relese win");
pthread_mutex_unlock(&mutex);//解锁
break;
}
else
{
pthread_mutex_unlock(&mutex);//解锁,不解锁会发生死锁
}
}
return NULL;
}

int   main(int argc, char **argv)
{

pthread_t tid[10]={0};
int i = 0;

pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//初始化锁
for(i = 0 ;i<10;i++)
{
pthread_create(&tid[i],NULL,th,NULL);
}

for(i = 0 ;i<10;i++)
{

pthread_join(tid[i],NULL);
}
pthread_mutex_destroy(&mutex);//销毁锁
system("pause");
return 0;