操作系统中的互斥锁与条件变量

转自https://www.douban.com/note/226974753/

与互斥锁不同，条件变量是用来等待而不是用来上锁的。条件变量用来自动阻塞一个线程，直到某特殊情况发生为止。通常条件变量和互斥锁同时使用。

条件变量使我们可以睡眠等待某种条件出现。条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：一个线程等待"条件变量的条件成立"而挂起；另一个线程使"条件成立"（给出条件成立信号）。

条件的检测是在互斥锁的保护下进行的。如果一个条件为假，一个线程自动阻塞，并释放等待状态改变的互斥锁。如果另一个线程改变了条件，它发信号给关联的条件变量，唤醒一个或多个等待它的线程，重新获得互斥锁，重新评价条件。如果两进程共享可读写的内存，条件变量可以被用来实现这两进程间的线程同步。

使用条件变量之前要先进行初始化。可以在单个语句中生成和初始化一个条件变量如：
pthread_cond_t my_condition=PTHREAD_COND_INITIALIZER;（用于进程间线程的通信）。
也可以利用函数pthread_cond_init动态初始化。下面是一个简单的例子，我们可以从程序的运行来了解条件变量的作用。
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;/*初始化互斥锁*/
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;/*初始化条件变量*/

void *thread1(void *);
void *thread2(void *);

int i=1;
int main(void)
{
pthread_t t_a;
pthread_t t_b;

pthread_create(&t_a,NULL,thread2,(void *)NULL);/*创建进程t_a*/
    pthread_create(&t_b,NULL,thread1,(void *)NULL); /*创建进程t_b*/
    pthread_join(t_b, NULL);/*等待进程t_b结束*/
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    pthread_cond_destroy(&cond);
    exit(0);
}

void *thread1(void *junk)
{
    for(i=1;i<=9;i++)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);/*锁住互斥量*/
        if(i%3==0)
             pthread_cond_signal(&cond);/*条件改变，发送信号，通知t_b进程*/
        else
             printf("thead1:%d/n",i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);/*解锁互斥量*/

sleep(1);
}
}

void *thread2(void *junk)
{
    while(i<9)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);

if(i%3!=0)
            pthread_cond_wait(&cond,&mutex);/*等待*/
        printf("thread2:%d/n",i);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);

sleep(1);
}
}
程序创建了2个新线程使他们同步运行，实现进程t_b打印20以内3的倍数，t_a打印其他的数，程序开始线程t_b不满足条件等待，线程t_a运行使a循环加1并打印。直到i为3的倍数时，线程t_a发送信号通知进程t_b，这时t_b满足条件，打印i值。
下面是运行结果：
#cc –lpthread –o cond cond.c
#./cond
thread1:1
thread1:2
thread2:3
thread1:4
thread1:5
thread2:6
thread1:7
thread1:8
thread2:9

解惑：
1. 为什么cond要和mutex连用？
考虑有这样的情况：
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);
是为了应对线程1在调用pthread_cond_wait()但线程1还没有进入wait cond的状态的时候（也就是说还没有进入等待），此时线程2调用了 cond_singal 的情况（此时线程2就通知线程1 cond 条件已经满足）。如果不用mutex锁的话，这个cond_singal就丢失了，也就是说线程1收不到该信号，因为此时都还没有进程wait 状态。加了锁的情况是，线程2必须等到 mutex 被释放（也就是 pthread_cod_wait() 进入wait_cond状态并自动释放mutex）的时候才能调用cond_singal.
2. pthread_cond_wait() 和 pthread_cond_signal()和锁的关系
当调用pthread_cond_wait()之后，调用该函数的线程进入睡眠，同时打开mutex
当调用pthread_cond_signal()之后，调用该函数的线程打开mutex

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